發(fā)布時(shí)間：2022-07-29 04:33:07
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的ospf協(xié)議樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞： 動(dòng)態(tài)路由；ospf；自治系統(tǒng)配置命令；鏈路
中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）34-7697-02
21世紀(jì)是網(wǎng)絡(luò)的世界，我們每個(gè)人都在不知不覺中融入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)世界。而路由器在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著越來越重要的作用，其主要負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)層間按傳輸數(shù)據(jù)分組的，并確定網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳送的最佳路徑。世界各地的個(gè)人和企業(yè)單位接入到Internet的自治系統(tǒng)有大有小，小型自治系統(tǒng)因其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單往往采用靜態(tài)路由技術(shù)即可完成自治系統(tǒng)內(nèi)的路由尋址，然而大、中型自治系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)往往更加復(fù)雜，采用依靠人工分配的靜態(tài)路由技術(shù)存在很大的困難，因此根據(jù)合理的路由尋址算法設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)路由技術(shù)隨之誕生，而OSPF動(dòng)態(tài)路由技術(shù)因其功能強(qiáng)大、可拓展性強(qiáng)和網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)越在動(dòng)態(tài)路由技術(shù)中格外優(yōu)秀，被廣泛應(yīng)用于各大、中型自治系統(tǒng)中。
1 OSPF的基本概念
開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議（Open Shortest Path First）簡(jiǎn)稱OSPF，它是路由選擇協(xié)議中非常重要的一種協(xié)議，這是一種典型的鏈路狀態(tài)（Link-state）路由協(xié)議，是由Internet工程任務(wù)組開發(fā)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)（IGP）路由協(xié)議，其主要用在一個(gè)路由域內(nèi)。路由域是指一個(gè)網(wǎng)絡(luò)自治系統(tǒng)（Autonomous System），所謂自治系統(tǒng)是指一組路由器都使用同一種路由協(xié)議交換路由信息，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)路由器都有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)，用于在鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（LSDB）中標(biāo)識(shí)自己。LSDB描述的是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的路由器，作為一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，OSPF將鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)包LSA（Link State Advertisement）傳送給在某一區(qū)域內(nèi)的所有路由器，OSPF協(xié)議使用最短路徑優(yōu)先算法，利用LSA通告得來的信息計(jì)算每一個(gè)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的最短路徑，以自身為根生成一個(gè)樹，包含了到達(dá)每個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的完整路徑。
OSPF的路由標(biāo)示是一個(gè)32位的數(shù)字，它在自治系統(tǒng)中被用來唯一識(shí)別路由器。默認(rèn)地使用最高回送地址，若回送地址沒有被配置，則使用物理接口上最高的IP地址作為路由標(biāo)示。OSPF在相鄰路由器間建立鄰接關(guān)系，使它們能利用HELLO包維護(hù)關(guān)系并交換信息。OSPF使用區(qū)域來為自治系統(tǒng)分段，區(qū)域0是一個(gè)主干區(qū)域，每一個(gè)OSPF網(wǎng)絡(luò)必須具有，其他的區(qū)域通過區(qū)域0互連到一起。
2 OSPF的特點(diǎn)
OSPF路由協(xié)議主要用在大型自治系統(tǒng)內(nèi)，這是一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，，而距離矢量路由協(xié)議RIP（Routing Information Protocol）則主要用在小型自治系統(tǒng)內(nèi)，兩個(gè)路由協(xié)議都具有重要的作用，RIP作為靜態(tài)路由協(xié)議，具有適于小型網(wǎng)絡(luò)，管理員可手工配置，精確控制路由選擇，改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)性能等優(yōu)點(diǎn)，但它特別不適合于大型網(wǎng)絡(luò)自治系統(tǒng)。而OSPF路由協(xié)議與RIP相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、RIP路由協(xié)議中用跳（HOP）來表示到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)所要經(jīng)過的路由器個(gè)數(shù)，RIP跳數(shù)最高為15，超過15跳的路由被認(rèn)為不可達(dá)，而OSPF不受路由跳數(shù)的限制，它只受限于帶寬和網(wǎng)絡(luò)延遲，因而OSPF更適合應(yīng)用于大型網(wǎng)絡(luò)中。2、RIP在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)時(shí)是不支持可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼（VLSM），這將導(dǎo)致IP地址分配的低效率，而OSPF路由協(xié)議支持VLSM，現(xiàn)在IPV4資源短缺，我們?cè)趧澐执笮途W(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)時(shí)，往往采用VLSM，這樣劃分子網(wǎng)效率更高，更節(jié)約IP資源，所以O(shè)SPF更適合大型網(wǎng)絡(luò)。3、RIP必須每30秒就要周期性的廣播整個(gè)路由表，才能使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常，如果RIP用在大型網(wǎng)絡(luò)中，它會(huì)產(chǎn)生很多廣播信息，而這些廣播會(huì)占用較多的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，較頻繁的更新有可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，其結(jié)果就是RIP用在大型網(wǎng)絡(luò)中收斂速度較慢，甚至無法收斂。而OSPF使用組播發(fā)送鏈路狀態(tài)更新，在鏈路狀態(tài)變化時(shí)才進(jìn)行更新，這樣提高了帶寬的利用率， 收斂速度也大幅提高，能夠在最短的時(shí)間內(nèi)將路由變化傳遞到整個(gè)自治系統(tǒng)。4、RIP沒有網(wǎng)絡(luò)延遲和鏈路開銷的概念，擁有較少跳數(shù)的路由總是被選為最佳路由，即使較長(zhǎng)的路徑有低的延遲和開銷，并且RIP沒有區(qū)域的概念，不能在任意比特位進(jìn)行路由匯總。而在OSPF路由協(xié)議中，往往把一個(gè)路由域劃分為很多個(gè)區(qū)域area，每一個(gè)區(qū)域都通過OSPF邊界路由器相連，區(qū)域間可以通過路由總結(jié)（Summary）來減少路由信息，從而減小路由表，提高路由器的運(yùn)算速度。
OSPF路由協(xié)議擁有很多優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于大型網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行速度，但它也有缺點(diǎn)：①使用OSPF路由協(xié)議，需要網(wǎng)絡(luò)管理員事前先進(jìn)行區(qū)域規(guī)劃和路由器各端口IP屬性的設(shè)置，所以配置相對(duì)于靜態(tài)路由RIP來說顯得較為復(fù)雜，對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理員的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)水平要求較高。②對(duì)路由器的CPU及內(nèi)存要求較高。
3 OSPF配置命令及配置實(shí)例
在思科路由器中配置OSPF路由協(xié)議主要使用以下命令：①route ospf 進(jìn)程號(hào)，其中進(jìn)程號(hào)要求范圍為1～65535，進(jìn)程號(hào)只在路由器內(nèi)部起作用，不同路由器的進(jìn)程號(hào)可以不同。②network address 子網(wǎng)掩碼的反碼 area 區(qū)域號(hào)，區(qū)域號(hào)要求在0～4294967295內(nèi)的十進(jìn)制數(shù)，也可以是帶有IP地址格式的X.X.X.X，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域號(hào)為0時(shí)或0.0.0.0時(shí)為主干域，不同網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的路由器通過主干域?qū)W習(xí)路由信息。③show ip route，查看路由信息表，④show ip route ospf 查看OSPF協(xié)議路由信息。
某學(xué)校采用四臺(tái)思科3550路由器把整個(gè)學(xué)校劃分為3個(gè)區(qū)域，四臺(tái)路由器通過使用OSPF協(xié)議實(shí)現(xiàn)互通。路由器R1的S0端口IP為192.200.10.5/30，E0端口IP為192.1.0.129/26；路由器R2的S0端口IP為192.200.10.6/30，E0端口IP為192.1.0.65/26；路由器R3的E0端口IP為192.1.0.130/26；路由器R4的E0端口IP為192.1.0.66/26。R1的S0端口和R2的S0端口劃入?yún)^(qū)域0；R1的E0端口和R3的E0端口劃入?yún)^(qū)域1；R2的E0端口和R4的E0端口劃入?yún)^(qū)域2。各路由器配置如下：
R1：
interface Ethernet 0
ip address 192.1.0.129 255.255.255.192
interface serial 0
ip address 192.200.10.5 255.255.255.252
route ospf 500
network 192.200.10.4 0.0.0.3 area 0
network 192.1.0.128 0.0.0.63 area 1
R2：
interface Ethernet 0
ip address 192.1.0.65 255.255.255.192
interface serial 0
ip address 192.200.10.6 255.255.255.252
route ospf 600
network 192.200.10.4 0.0.0.3 area 0
network 192.1.0.64 0.0.0.63 area 2
R3：
interface Ethernet 0
ip address 192.1.0.130 255.255.255.192
route ospf 700
network 192.1.0.128 0.0.0.63 area 1
R4：
interface Ethernet 0
ip address 192.1.0.66 255.255.255.192
route ospf 800
network 192.1.0.64 0.0.0.63 area 2
在上述配置中首先對(duì)每臺(tái)路由器接口進(jìn)行配置，接口配置完后可以使用router ospf 100命令啟動(dòng)一個(gè)OSPF路由選擇協(xié)議進(jìn)程，期中“100”為進(jìn)程號(hào)，每臺(tái)路由器進(jìn)程號(hào)可不同，最后使用network將相應(yīng)的網(wǎng)段加入OSPF路由進(jìn)程中，則此接口所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)段就加入到OSPF進(jìn)程中。
綜上所述，OSPF作為一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，具有收斂快，支持變長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)掩碼，支持CIDR，配置命令簡(jiǎn)單易學(xué)等。所以在大型或復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用OSPF協(xié)議可以極大的提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率。
參考文獻(xiàn)：
[1] 謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].5版.北京：電子工業(yè)出版社，2008
[2] 思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院.思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院教程.
[3] 思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院.思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院教程（第三，四學(xué)期）.
關(guān)鍵詞：通信網(wǎng)絡(luò) OSPF協(xié)議 應(yīng)用 算法 優(yōu)化
中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）07（a）-0005-01
3G通信技術(shù)已被廣泛的應(yīng)用，并日益向4G演進(jìn)，通信網(wǎng)絡(luò)中接入站和傳輸點(diǎn)的數(shù)量呈倍數(shù)增長(zhǎng)，且仍有快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。通信網(wǎng)絡(luò)的站點(diǎn)網(wǎng)的能力及局部故障恢復(fù)保護(hù)機(jī)制的要求也變得更高。開放最短路徑優(yōu)先（OSPF）屬于一類動(dòng)態(tài)路由的選擇協(xié)議，它能夠快速查探運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涓淖?，并能夠?jīng)快速的收斂計(jì)算無環(huán)路新路由，時(shí)間短并用數(shù)據(jù)流很小，已成現(xiàn)代的通信網(wǎng)組網(wǎng)最佳選擇。
1 通信網(wǎng)絡(luò)和OSPF協(xié)議的相關(guān)概念
1.1 通信網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)概念
傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)，也就是電話交換網(wǎng)絡(luò)，由交換、傳輸及終端組成。交換是終端信息交換中介體，傳輸是信息傳送媒體，終端是用戶的手機(jī)、話機(jī)、計(jì)算機(jī)和傳真機(jī)等?，F(xiàn)代的通信網(wǎng)由專業(yè)的機(jī)構(gòu)以工作程序和通信設(shè)備建立的相關(guān)通信系統(tǒng)，為社會(huì)、企事業(yè)單位及個(gè)人提供的各類通信相關(guān)服務(wù)總和[1]。因特網(wǎng)屬于新興通信網(wǎng)絡(luò)，它的正常運(yùn)行，需要一系列的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的保證。
1.2 OSPF的概念
OSPF（Open Shortest Path First開放式最短路徑優(yōu)先）屬于一個(gè)內(nèi)部的網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Gateway Protocol，簡(jiǎn)稱IGP），用在單一的自治系統(tǒng)（autonomous system，AS）內(nèi)的決策路由。它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，屬于內(nèi)部的網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP），因此，在自治系統(tǒng)的內(nèi)部運(yùn)作[2]。
2 通信網(wǎng)絡(luò)中OSPF協(xié)議應(yīng)用
典型線通信網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)，通信網(wǎng)中各站點(diǎn)使用OSPF協(xié)議形成層次結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)。依據(jù)實(shí)際的情況，骨干域能夠經(jīng)以太網(wǎng)的線路，采用直接的連接多路接至機(jī)房的網(wǎng)管終端?；蚪又辆钟蚓W(wǎng)及經(jīng)2 Mbit/s的電路等方式與網(wǎng)管終端相連，構(gòu)成多路保護(hù)的管理通道，通常情況下，上述連接方式將組合使用。
在光通信網(wǎng)中，OSPF協(xié)議相關(guān)的各域內(nèi)的站點(diǎn)連接，通常采用廣播型的拓?fù)浜忘c(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)洹?duì)于同域內(nèi)的各站點(diǎn)，啟動(dòng)OSPF協(xié)議后，首先，需要進(jìn)行手動(dòng)的各端口的域值及IP等信息的配置，并初始化協(xié)議的內(nèi)部相關(guān)參數(shù)，然后進(jìn)行鄰居的發(fā)現(xiàn)和連接，并開始鏈路狀態(tài)的信息交互，同時(shí)，域內(nèi)各站點(diǎn)需要進(jìn)行定期的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錂z測(cè)和更新。網(wǎng)絡(luò)收斂完成之后，同域內(nèi)的各站點(diǎn)，具備了相同信息的數(shù)據(jù)庫，并依據(jù)信息計(jì)算構(gòu)建自己為根最短的路徑樹，且路由表依據(jù)最短的路徑樹自動(dòng)生成。
3 通信網(wǎng)絡(luò)中OSPF協(xié)議的算法優(yōu)化
通常情況下，通信網(wǎng)絡(luò)會(huì)首先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊?guī)劃，進(jìn)行站點(diǎn)的手動(dòng)配置，并開始調(diào)測(cè)到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管[3]。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊?guī)劃重點(diǎn)，指對(duì)于骨干網(wǎng)絡(luò)的布局，下級(jí)網(wǎng)絡(luò)通常隨業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)擴(kuò)充。使用OSPF協(xié)議的層次拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，接入網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的數(shù)量通常是骨干網(wǎng)數(shù)十倍。網(wǎng)絡(luò)建立中，前期骨干網(wǎng)絡(luò)的站點(diǎn)數(shù)量少，運(yùn)維人員配備相對(duì)多，后期的非骨干的站點(diǎn)建立，工作量將成倍增長(zhǎng)，運(yùn)維人員將難以保證網(wǎng)絡(luò)正常高質(zhì)量的運(yùn)行，因此，開站流程環(huán)節(jié)的規(guī)范和簡(jiǎn)化，已被運(yùn)行商和設(shè)備的制造商廣泛的重視。
骨干網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃好后，需要進(jìn)行OSPF協(xié)議的算法的初始化和優(yōu)化，促使非骨干的域內(nèi)站點(diǎn)的接入，能夠自動(dòng)進(jìn)行正確域值和IP的分配，并保證網(wǎng)管的實(shí)時(shí)監(jiān)控識(shí)別。
3.1 OSPF協(xié)議的通信網(wǎng)中Hello協(xié)議和總體方案優(yōu)化
在使用OSPF協(xié)議的通信網(wǎng)絡(luò)中，鄰居的建立、維護(hù)及正確雙向通信，需要Hello協(xié)議的使用。建成底層的物理通道后，站點(diǎn)會(huì)對(duì)多播地址進(jìn)行Hello包的發(fā)送，以動(dòng)態(tài)的獲取鄰居的站點(diǎn)。收到正確的Hello包的站點(diǎn)，將報(bào)文中的信息加進(jìn)自己Hello報(bào)文內(nèi)，如果雙方的報(bào)文中均含有對(duì)方站點(diǎn)信息，通道的狀態(tài)變?yōu)?-Way，表示鄰居的建立成功。OSPF協(xié)議的算法優(yōu)化基礎(chǔ)是鄰居建立。
非骨干域的站點(diǎn)沒有經(jīng)正確的相關(guān)配置，需要于Hello協(xié)議的基礎(chǔ)上，增加新型配置的請(qǐng)求和答應(yīng)包，在鄰居Down的狀態(tài)下運(yùn)行，進(jìn)行連接點(diǎn)和邊界的路由器正確配置連接，自動(dòng)正確的分為完成域值和站點(diǎn)IP后，經(jīng)邊界的路由器上報(bào)網(wǎng)管執(zhí)行監(jiān)管。
Hello協(xié)議總體方案優(yōu)化，首先進(jìn)行骨干域的網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)正確配置；無正確配置非骨干域的站點(diǎn)，入網(wǎng)后只能進(jìn)行Hello包收發(fā)，不建立鄰居，鄰居站點(diǎn)控制于Down狀態(tài)；連接站點(diǎn)配置的請(qǐng)求包收到后，向邊界的路由器的站點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；會(huì)將錯(cuò)誤hello信息丟棄。連接站點(diǎn)未正確配置站點(diǎn)，也將丟棄包，不予轉(zhuǎn)發(fā)。
邊界的路由器的站點(diǎn)分配和管理非骨干域IP信息表，對(duì)請(qǐng)求包判別后，分配區(qū)域值和IP信息。連接站點(diǎn)接受配置的響應(yīng)包之后進(jìn)行申請(qǐng)站點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，申請(qǐng)站點(diǎn)的配置響應(yīng)包收到后，啟用正確的配置入網(wǎng)，進(jìn)行正常的OSPF協(xié)議和鄰居建立等。
3.2 站點(diǎn)運(yùn)行流程的優(yōu)化
非骨干域的站點(diǎn)，需要請(qǐng)求和應(yīng)答機(jī)制的增加配置，進(jìn)而得到正確域值和IP信息。對(duì)于邊界路由器的站點(diǎn)，需要算法機(jī)制的增加，進(jìn)而完成域值和IP的維護(hù)和分配。
在進(jìn)行邊界路由器的站點(diǎn)優(yōu)化時(shí)，需要進(jìn)行l(wèi)P表的分配算法機(jī)制的增加，保證IP表連續(xù)性，提高查找的效率，進(jìn)行先進(jìn)先出（FIFO）的緩沖池的建立，進(jìn)行多站點(diǎn)同時(shí)申請(qǐng)包處理。還需要進(jìn)行IP表的記錄和分配功能的增加，及進(jìn)行非骨干域IP表的定期維護(hù)，進(jìn)行站點(diǎn)的lP信息的回收和刷新，使IP值能夠進(jìn)行循環(huán)使用。需要進(jìn)行非骨干域的站點(diǎn)信息動(dòng)態(tài)上報(bào)至網(wǎng)管的支持功能的增加，使網(wǎng)管能夠動(dòng)態(tài)的監(jiān)管識(shí)別。
綜上所述，隨著網(wǎng)絡(luò)通信的快速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)OSPF協(xié)議組網(wǎng)的應(yīng)用日益重要， OSPF協(xié)議能夠完成通信站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，根據(jù)實(shí)際的通信網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)情況，進(jìn)行OSPF協(xié)議的算法改進(jìn)和優(yōu)化，能夠節(jié)省非骨干域的網(wǎng)絡(luò)建站的區(qū)域及IP信息的規(guī)劃配置，更加高效正確的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)管的自動(dòng)接入監(jiān)管。隨著通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日漸擴(kuò)張，OSPF協(xié)議的改進(jìn)優(yōu)化對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重要意義。
參考文獻(xiàn)
[1] 邵國榮.OSPF應(yīng)用研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2011，25（14）：67-29.
關(guān)鍵詞 PLC； 變頻器； PROFIBUS
中圖分類號(hào)TM43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）98-0091-02
0引言
隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝的電氣化與自動(dòng)化控制模式逐步取代了以往以人力監(jiān)控為主體的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)型控制模式，使工業(yè)過程操作更加精準(zhǔn)簡(jiǎn)便，但目前廣為采用的通過硬線傳輸數(shù)字量或模擬量信號(hào)來控制變頻器啟停及調(diào)速的控制模式，已漸漸暴露出其應(yīng)用模塊數(shù)量較多、走線工藝復(fù)雜、初期及維護(hù)成本較高、控制精準(zhǔn)度低、易受干擾等缺點(diǎn)。而通過PLC與變頻器通訊的方式進(jìn)行數(shù)字交換，以此來控制變頻器啟停、拖動(dòng)方向及速度的新型控制方式則可以避免以上缺點(diǎn)，從而使控制系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試維修方便、維修工作量小、適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活等優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)成為今后變頻器控制系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。
1概述
1.1 1PLC
PLC（programmable logic controller）可編程邏輯控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的工業(yè)控制器，是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，因此，它在數(shù)學(xué)處理、順序控制等方面具有傳統(tǒng)控制器材不可比擬的優(yōu)勢(shì)。PLC在控制系統(tǒng)中主要起到開關(guān)量的邏輯控制、位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用等作用。由于西門子PLC具有成本低廉、編程方便、功能完善、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，成為了市場(chǎng)上較為普遍的PLC品牌之一，本文中將舉例應(yīng)用S7-300系列產(chǎn)品。
1.2變頻器
Frequency converter是一種用來改變交流電頻率的電氣設(shè)備，此外，它還具有改變交流電電壓的輔助功能。變頻器的工作原理是將輸入的交流電通過整流單元轉(zhuǎn)換為直流電，再通過逆變單元將直流電轉(zhuǎn)換成所需頻率的交流電。變頻器除了可以用于改變輸出線路的頻率之外，還可以用于改變輸出線路的電流、電壓以達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。
1.3 profibus現(xiàn)場(chǎng)總線
PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議時(shí)根據(jù)ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為參考模型的不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS由以下三個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（ Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA（Process Automation ）、PROFIBUS-FMS （Fieldbus Message Specification ），在本文中，將采用PROFIBUS—DP作為實(shí)現(xiàn)通訊功能的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。
2 PLC對(duì)于變頻器控制的實(shí)現(xiàn)
2.1 1PLC硬件組態(tài)
PROFIBUS—DP總線通訊協(xié)議規(guī)定其通訊對(duì)象的數(shù)據(jù)存取是按照主——從方式進(jìn)行的，因此，當(dāng)變頻器作為PLC的從站時(shí)，每個(gè)從站都應(yīng)有固定且唯一的地址，并且所有主——從站應(yīng)按照相同的通訊速率組態(tài)至同一根PROFIBUS—DP總線上，如圖1。
在本例中，所使用的PLC為西門子S7-300系列6ES7 313-6CF03-0AB0，在本PLC上自帶有一PROFIBUS—DP總線通訊接口，通過此接口，其余從站以串行方式連接。
2.2變頻器的相關(guān)必要設(shè)置
以ABB公司ACS800系列變頻器為例，除去對(duì)電機(jī)的基本參數(shù)設(shè)置、完成辨識(shí)、設(shè)置保護(hù)參數(shù)后，還應(yīng)該對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行設(shè)置方可正常通過PROFIBUS—DP總線與PLC通訊。
其中：
98.02代表ACS800通過連接到插槽1上的Rxxx型現(xiàn)場(chǎng)總線適配器或者連接到RMIO板通道CH0上的Nxxx型現(xiàn)場(chǎng)總線適配器進(jìn)行通訊。也可參見參數(shù)組51 COMM MOD DATA；
98.07代表變頻器采用ABB Drives協(xié)議；
51.01代表變頻采用PROFIBUS DP通訊方式；
51.02代表PROFIBUS DP通訊地址，兩臺(tái)設(shè)備應(yīng)采用不相同且固定的地址，在圖2中可見，兩臺(tái)變頻器分別采用的是地址2和地址3。
51.03代表PROFIBUS DP通訊速率，在本例中，PROFIBUS DP總線使用的是1.5Mps的通訊速率。
51.04代表PROFIBUS DP采用的是PPO 4型通訊協(xié)議，
2.3 PLC程序上控制字的實(shí)現(xiàn)
PROFIBUS—DP總線通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文頭尾主要是用來規(guī)定數(shù)據(jù)的功能碼、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、奇偶校驗(yàn)、發(fā)送應(yīng)答等通訊特性，在數(shù)據(jù)報(bào)文的頭尾之間是本次傳輸?shù)膮?shù)區(qū)（PKW）和過程數(shù)據(jù)區(qū)（PZD），PROFIBUS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
其中PZD任務(wù)報(bào)文的第1個(gè)字是變頻器的控制字STW，其各位所代表的含義如表1所示。
其中10000為速度給定工程量值，具體大小依變頻器不同而有所差異，QW102為變頻器2 個(gè)字HSW。
同時(shí)，可以在變頻器參數(shù)中通過設(shè)置，改變各PZD所代表含義，并從程序中進(jìn)行讀寫，具體設(shè)置可參看變頻器說明書，在本例中就不一一列舉。
關(guān)鍵詞 OSPF；次優(yōu)路由；虛連接
中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）09-0102-01
在大中型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)當(dāng)中，最常用的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議是Ospf協(xié)議，Ospf作為最典型的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議具備了許多的優(yōu)點(diǎn)。比如：能夠支持較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)（最多支持幾百臺(tái)路由器）；如果網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變，Ospf立即發(fā)送更新，達(dá)到快速收斂Ospf通過收集的鏈路狀態(tài)用最短路徑樹算法計(jì)算路由，可以保證不會(huì)生成路由自環(huán)；Ospf描述路由時(shí)攜帶網(wǎng)段的掩碼信息，所以不受自然掩碼的限制，對(duì)VLSM提高了很好的支持；Ospf協(xié)議允許自治系統(tǒng)被劃分成區(qū)域來管理，區(qū)域間傳送的路由信息被進(jìn)一步抽象，從而減少了網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用；Ospf支持到同一目的地的多條等值路由；Ospf使用4類不同的路由；Ospf支持基于接口的報(bào)文驗(yàn)證以保證路由計(jì)算的安全；Ospf在有組播發(fā)送能力的鏈路層上以組播地址發(fā)送協(xié)議報(bào)文，不僅達(dá)到了廣播的作用，而且最大程度地減少了對(duì)于其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的干擾。
Ospf按照路由分級(jí)的順序進(jìn)行路由優(yōu)選，Ospf一共將路由分為四級(jí)，按照優(yōu)先級(jí)從高到低排列。
1）優(yōu)選區(qū)域內(nèi)路由（Type1和Type2）。同為區(qū)域內(nèi)的路由則比較Cost值，小的優(yōu)先。
2）優(yōu)選區(qū)域間的路由（Type3 LSA）。同為區(qū)域間的路由則優(yōu)選通過骨干區(qū)域的，然后比較Cost值，小的優(yōu)先。
3）優(yōu)選自治系統(tǒng)1類外部路由。同為1類外部路由，則比較1類外部路由Cost與到該路由的Asbr的Cost之和，值小的優(yōu)先。
4）優(yōu)選自治系統(tǒng)2類外部路由。同為2類外部路由，則比較其Cost值，小的優(yōu)先，如果相等，則比較到該路由的Asbr的的Cost值，小的優(yōu)先。
5）若都相等，則添加等值路由。
通常情況下Ospf路由協(xié)議對(duì)同一目的地址學(xué)到好幾條路由條目時(shí)，從中選擇一條最優(yōu)的路由進(jìn)入IP路由表，但由于一些網(wǎng)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和Ospf選路原則的問題，會(huì)導(dǎo)致部分并非最優(yōu)的路由被選進(jìn)IP路由表，這些路由我們稱之為次優(yōu)路由。次優(yōu)路由的存在會(huì)使得到達(dá)該目的地址的數(shù)據(jù)包繞路而行，降低了網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)性能。
1 基本配置
在圖1中R1、R2、R3、R4分別部署在各個(gè)區(qū)域當(dāng)中，每條鏈路開銷都相同。
[r1]area 0.0.0.0
network 10.10.12.0 0.0.0.255
[r2]area 0.0.0.0
network 10.10.12.0 0.0.0.255
network 10.10.23.0 0.0.0.255
[r3]area 0.0.0.0
network 10.10.23.0 0.0.0.255
area 0.0.0.2
network 10.10.34.0 0.0.0.255
[r4]area 0.0.0.1
network 10.10.41.0 0.0.0.255
area 0.0.0.2
network 10.10.34.0 0.0.0.255
2 數(shù)據(jù)分析
R3到R4的41.4端口下一跳是R2的23.2如下所示。
[rt3-ospf-10]dis ip routing-table 10.10.41.4
Destination/Mask Proto Pre Cost NextHop Interface
10.10.41.0/24 OSPF 10 3125 10.10.23.2 Eth1/0/1
也就是說R3去往R4的41.4端口走的是R3 、R2、R1、R4，數(shù)據(jù)包繞了一圈才到達(dá)目的地，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖能看出R3到R4的41.4端口下一跳為R4的34.4最為合理，這里明顯是出現(xiàn)了次優(yōu)路徑。次優(yōu)路徑產(chǎn)生的原因是：Aera1當(dāng)中的網(wǎng)段信息不會(huì)直接通告給Aera2，而是要通告到Aera0當(dāng)中去，因此R4的41.0網(wǎng)段由R1通告到Aera0當(dāng)中，由R2學(xué)習(xí)后通告給R3。
3 解決方法
為了解決上述的次優(yōu)路徑問題，在Aera2中的R3和R4之間配置一條虛鏈接。
[rt3-ospf-10-area-0.0.0.2]
area 0.0.0.2
network 10.10.34.0 0.0.0.255
vlink-peer 4.4.4.4
[rt4-ospf-10-area-0.0.0.2]
area 0.0.0.2
network 10.10.34.0 0.0.0.255
vlink-peer 3.3.3.3
配置完虛連接之后R3到R4的41.4端口下一跳為R4的34.4，很好的解決了次優(yōu)路由問題。
[rt3-ospf-10-area-0.0.0.2]dis ip routing-table 10.10.41.4
Destination/Mask Proto Pre Cost NextHop Interface
10.10.41.0/24 OSPF 10 1563 10.10.34.4 Eth1/0/3
參考文獻(xiàn)
[1]蘇傳蓉.幾種常見路由協(xié)議的應(yīng)用[J].湖北郵電技術(shù)，2002（03）.
[2]趙銳敏.基于熱備份機(jī)制的OSPF不間斷路由的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京交通大學(xué)，2011.
關(guān)鍵詞：IDC 路由協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)保護(hù)
中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2012）010-069-02
互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（Internet Data Center）簡(jiǎn)稱IDC，是中國電信利用的互聯(lián)網(wǎng)帶寬資源，建立的為企業(yè)、政府提供服務(wù)器托管、租用以及相關(guān)增值等方面全方位服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化電信級(jí)機(jī)房。IDC機(jī)房作為互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容承載和網(wǎng)絡(luò)接入的定位，已經(jīng)成為提高全社會(huì)信息化水平的重要基石和推動(dòng)國家“兩化融合”戰(zhàn)略的重要載體。本文以某市級(jí)電信IDC機(jī)房網(wǎng)絡(luò)改造為例，探討IDC機(jī)房路由改造的最佳實(shí)現(xiàn)方案。
1 現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)說明
1.1 優(yōu)化前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備說明
該IDC機(jī)房網(wǎng)絡(luò)分為三層結(jié)構(gòu)：核心層、匯聚層、接入層。每個(gè)層均采用雙歸雙星結(jié)構(gòu)來保證網(wǎng)絡(luò)冗余。
核心層：核心層由兩臺(tái)退網(wǎng)路由器M160組成。兩臺(tái)路由器采用雙歸屬雙上聯(lián)方式接入城域網(wǎng)核心路由器。由于設(shè)備老化，其中一臺(tái)實(shí)際已無法正常啟動(dòng)，核心層實(shí)際僅為單核心機(jī)構(gòu)。因此網(wǎng)絡(luò)存在嚴(yán)重的單點(diǎn)故障隱患，在用的核心路由器出現(xiàn)的任何整機(jī)故障或設(shè)備升級(jí)均將導(dǎo)致IDC機(jī)房的脫網(wǎng)。
匯聚層：由兩臺(tái)華為匯聚交換機(jī)S8512組成。兩臺(tái)交換機(jī)也采用雙歸屬雙上聯(lián)方式接入核心層路由器。
接入層：由若干臺(tái)接入交換機(jī)S7802組成。接入層交換機(jī)也采用雙上聯(lián)接入?yún)R聚層交換機(jī)。
1.2 優(yōu)化前的協(xié)議說明
兩臺(tái)核心路由加入城域網(wǎng)OSPF路由協(xié)議的area 0區(qū)域。其中IDC網(wǎng)絡(luò)的默認(rèn)路由通過OSPF協(xié)議從城域網(wǎng)學(xué)習(xí)并強(qiáng)制下發(fā)。
兩臺(tái)匯聚交換機(jī)與核心層建立OSPF的area 1區(qū)域，該區(qū)域配置成NSSA區(qū)域，通過配置NSSA，使得IDC網(wǎng)絡(luò)僅學(xué)習(xí)OSPF area 0強(qiáng)制下發(fā)的默認(rèn)路由，而不引人城域網(wǎng)內(nèi)的其他明細(xì)路由。通過OSPF的NSSA技術(shù)的使用控制了IDC網(wǎng)絡(luò)路由條目，保證匯聚層網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定。同時(shí)兩臺(tái)匯聚交換機(jī)間運(yùn)行VRRP協(xié)議保護(hù)接入交換機(jī)的上聯(lián)出口。接入層交換機(jī)僅做VLAN透?jìng)鳂I(yè)務(wù)。
2 改造方案設(shè)計(jì)
2.1 改造背景和要求
按照城域網(wǎng)路由改造的設(shè)想，核心層設(shè)備和城域網(wǎng)核心層間必須拆除OSPF路由協(xié)議，改用IBGP+ISIS協(xié)議承載路由。通過路由改造，必須解決增值機(jī)房網(wǎng)絡(luò)單核心隱患，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。
城域網(wǎng)路由改造參照骨干網(wǎng)絡(luò)路由結(jié)構(gòu)，需對(duì)城域網(wǎng)內(nèi)IGP進(jìn)行調(diào)整：一方面從網(wǎng)絡(luò)安全角度出發(fā)，進(jìn)行用戶路由與網(wǎng)絡(luò)路由，剝離區(qū)分，原有用戶路由靜態(tài)重分布入IGP方式改成通過IBGP路由協(xié)議進(jìn)行承載公告；另一方面從網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性出發(fā)， 變更城域網(wǎng)IGP路由協(xié)議，將OSPF改成ISIS 路由協(xié)議承載。針對(duì)該要求，需要將IDC機(jī)房用戶路由通過IBGP進(jìn)行公告；增值機(jī)房核心層和城域網(wǎng)核心層中繼則運(yùn)行ISIS路由協(xié)議。
結(jié)合增值機(jī)房單核心的問題，筆者設(shè)計(jì)了兩套方案進(jìn)行解決：方案一：利用城域網(wǎng)業(yè)務(wù)路由器NE80E設(shè)備作為增值機(jī)房網(wǎng)絡(luò)的備用出口。方案二：新建兩臺(tái)高性能路由器替換現(xiàn)有的兩臺(tái)核心路由器。
2.2 方案一詳情
方案一為VNH+ISIS+OSPF，即虛擬下一跳+OSPF+ISIS。虛擬下一跳是在不運(yùn)行動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的情況下，將用戶路由用靜態(tài)路由指向虛擬地址，將虛擬地址指向接口地址。路由器在選路時(shí)通過虛擬下一跳的方式進(jìn)行路由的遞歸查詢來解決改造后BGP RR反射器僅反射最優(yōu)路由，造成下行流量不均當(dāng)?shù)膯栴}。ISIS協(xié)議主要是用于引導(dǎo)骨干網(wǎng)的默認(rèn)路由。OSPF協(xié)議則作為增值機(jī)房?jī)?nèi)部網(wǎng)絡(luò)保護(hù)用。
2.2.1 網(wǎng)絡(luò)改造說明
利用現(xiàn)網(wǎng)NE80E作為增值機(jī)房的備用出口（所謂備用出口即在用核心路由器M160出現(xiàn)故障脫網(wǎng)時(shí)，業(yè)務(wù)能夠通過NE80E訪問Internet；而正常的情況下，業(yè)務(wù)流量仍走當(dāng)前IDC出口設(shè)備M160）。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)改造后能夠?qū)崿F(xiàn)增值機(jī)房業(yè)務(wù)路由通過IBGP通告至城域網(wǎng)。
方案詳情分層次進(jìn)行介紹：
（1）核心層-城域網(wǎng)核心層
拆除IDC核心路由器M160與城域網(wǎng)核心路由器的OSPF協(xié)議，建立其與城域網(wǎng)核心路由的ISIS協(xié)議，通過ISIS協(xié)議學(xué)習(xí)城域網(wǎng)核心路由器的默認(rèn)路由。
在城域網(wǎng)核心層上采用“虛擬下一跳（VNH）”的方式將IDC機(jī)房的路由重分布至IBGP上。具體實(shí)現(xiàn)步驟：1）指定增值機(jī)房網(wǎng)絡(luò)虛擬IP地址。2）城域網(wǎng)核心層路由器上配置靜態(tài)路由：A.用戶路由網(wǎng)段下一跳指向該虛擬地址，并打上TAG100，重分布至IBGP；B.改虛擬地址下一跳指向IDC路由器M160和備用出口NE80E，并打上TAG10，重分布至ISIS。3）在核心層上調(diào)整虛擬地址的那兩條靜態(tài)路由，通過區(qū)分兩條中繼的路由開銷COST，將虛擬地址選取的最優(yōu)路由改成M160，而NE80E作為備選路由。
（2）匯聚層-核心層
拆除匯聚層和核心層的OSPF NSSA域，建立普通OSPF域，在核心層上通過OSPF將ISIS學(xué)習(xí)到的默認(rèn)路由強(qiáng)制下發(fā)。調(diào)整匯聚層到核心層的OSPF的COST值，引導(dǎo)增值機(jī)房服務(wù)器流量?jī)?yōu)先通過路由器M160上行。匯聚層交換機(jī)S8512以import route direct方式重分布直連路由，通過OSPF通告給核心層，核心層無需將OSPF學(xué)習(xí)到的路由通告給城域網(wǎng)核心。
（3）接入層-匯聚層
采用VRRP的方式實(shí)現(xiàn)保護(hù)。
2.2.2 網(wǎng)絡(luò)流量模型
（1）無故障時(shí)
在上行方向，由于S8512設(shè)備到核心路由器M160的COST為40，而到備用路由器NE80E的COST為80，因此增值服務(wù)器流量被M160下發(fā)的默認(rèn)路由所引導(dǎo)。在下行時(shí)，由于城域網(wǎng)核心到NE80E的COST值比到ME160的COST值大，因此業(yè)務(wù)選取M160下行。
（2）在路由器M160上行鏈路出現(xiàn)故障時(shí)
1）M160上行中繼單條中斷的情況：上行流量可走單邊，業(yè)務(wù)不受影響；下行流量，由于M160雙上聯(lián)保護(hù)，因此可以正常下行。2）M160上行中繼全中斷的情況：下行方向由于中繼終端，通過M160的靜態(tài)路由將不再起作用，因此業(yè)務(wù)將通過NE80E下行；上行方向由于默認(rèn)路由是通過ISIS學(xué)習(xí)的，由于M160上行中繼中斷，M160未學(xué)習(xí)到城域網(wǎng)核心的默認(rèn)路由；因此業(yè)務(wù)只能由NE80E下發(fā)的默認(rèn)路由引導(dǎo)上行。
（3）M160下行中繼中斷
M160下行中繼斷，由于核心層和匯聚層部署了OSPF協(xié)議，因此業(yè)務(wù)通過OSPF協(xié)議自行保護(hù)。由于M160至匯聚層均為多中繼上聯(lián)，因此本方案未考慮M160下行全斷的問題。
2.3 方案二詳情
方案二為ISIS+IBGP+OSPF，實(shí)質(zhì)上是將增值用戶機(jī)房作為一個(gè)運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的用戶網(wǎng)絡(luò)，接入運(yùn)行IBGP+ISIS的高性能路由器。
2.3.1 網(wǎng)絡(luò)說明
新增兩臺(tái)高性能路由器NE40E作為增值機(jī)房核心路由器，替換原有IDC核心路由器M160設(shè)備。
方案詳情分層次進(jìn)行介紹：
（1）核心層-城域網(wǎng)核心層。拆除OSPF路由協(xié)議，統(tǒng)一采用ISIS+IBGP路由協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，即網(wǎng)絡(luò)路由走ISIS協(xié)議、業(yè)務(wù)路由走IBGP協(xié)議進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。默認(rèn)路由通過ISIS協(xié)議強(qiáng)制下發(fā)。
（2）核心層-匯聚層。在核心層與匯聚層仍起OSPF協(xié)議，核心層將從ISIS學(xué)習(xí)到的默認(rèn)路由通過OSPF強(qiáng)制下發(fā)。核心層的IBGP協(xié)議中重分布OSPF路由，而核心層學(xué)習(xí)到的IBGP路由不向OSPF重分布。
（3）接入層-匯聚層。仍采用VRRP的方式實(shí)現(xiàn)保護(hù)。
2.3.2 網(wǎng)絡(luò)流量模型
從流量模型上分析，上行方向是通過默認(rèn)路由進(jìn)行引導(dǎo)，由于默認(rèn)路由通過ISIS和OSPF進(jìn)行強(qiáng)制下發(fā)，受動(dòng)態(tài)路由協(xié)議保護(hù)；下行方向受IDC機(jī)房用戶路由引導(dǎo)，用戶路由是在匯聚層設(shè)備的OSPF協(xié)議上重分布的直連路由，核心層上將從匯聚層學(xué)到的OSPF路由重分布至IBGP，通告至整個(gè)城域網(wǎng)，因此下行流量也受到路由協(xié)議保護(hù)。
2.4 方案比較
方案一：網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后，NE80E作為增值機(jī)房網(wǎng)絡(luò)的備用出口，正常情況下增值機(jī)房業(yè)務(wù)仍舊通過M160進(jìn)行承載，因此不會(huì)對(duì)NE80E造成較大的壓力；在M160出現(xiàn)故障時(shí)，NE80E的上行資源能夠成為IDC機(jī)房的第二出口，保證業(yè)務(wù)平臺(tái)的使用，整個(gè)方案在不影響NE80E現(xiàn)有業(yè)務(wù)的同時(shí)提高了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。方案利用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，實(shí)施上較為方便，一次割接即可完成。方案一最大的優(yōu)勢(shì)在于無需再投入資金。但是由于M160設(shè)備性能低，設(shè)備已停產(chǎn)，設(shè)備板件無法擴(kuò)容或送修，而且該方案混用城域網(wǎng)業(yè)務(wù)路由器，因此從設(shè)備維護(hù)到網(wǎng)絡(luò)維護(hù)上來看方案一應(yīng)該屬于應(yīng)急方案。
方案二：該方案按照網(wǎng)絡(luò)需求購買設(shè)備替換原有設(shè)備，完全能夠?qū)崿F(xiàn)改造要求。（1）該方案將IDC網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)下掛于城域網(wǎng)，將IDC業(yè)務(wù)與普通寬帶業(yè)務(wù)完全隔離，適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心發(fā)展的普遍思路。（2）由于新設(shè)備性能好，網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性高，使得整個(gè)增值機(jī)房網(wǎng)絡(luò)較為穩(wěn)定。（3）整個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，維護(hù)上較為方便，整個(gè)方案可以使增值機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)可滿足未來業(yè)務(wù)發(fā)展。但是新購買路由器投入較大；路由器購買需集采、短期無法實(shí)現(xiàn)。
3 實(shí)施結(jié)果
IDC機(jī)房在業(yè)務(wù)定位上是數(shù)據(jù)中心屬于獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，其內(nèi)部服務(wù)器從帶寬、時(shí)延、穩(wěn)定等需求上有著較高的需求，和普通業(yè)務(wù)存在較大的差別，因此改造方案首選“方案二”。但由于新增設(shè)備采購流程長(zhǎng)，而IDC網(wǎng)絡(luò)目前存在較大隱患，改造迫在眉睫，因此本次改造工作采用了先“方案一”，待具備條件后再進(jìn)行“方案一”到“方案二”的二次改造。
經(jīng)過故障模擬測(cè)試，方案一能夠通過路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的保護(hù)，達(dá)到流量模型設(shè)計(jì)的預(yù)計(jì)效果。
最終，通過IDC機(jī)房路由改造，提升了IDC機(jī)房網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，同時(shí)本次增值機(jī)房路由改造作為城域網(wǎng)改造項(xiàng)目的一個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的改造，其改造的成功不僅推動(dòng)的某城域網(wǎng)路由改造的總體進(jìn)程，同時(shí)也驗(yàn)證了虛擬下一跳技術(shù)可行性，為解決城域網(wǎng)老型號(hào)設(shè)備的改造提供了實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】路由協(xié)議;RIP協(xié)議;OSPF協(xié)議;BGP協(xié)議;威脅
路由協(xié)議就是在路由指導(dǎo)IP數(shù)據(jù)包發(fā)送過程中事先約定好的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。由于路由設(shè)備的基本功能是通過尋址與轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，因此路由設(shè)備成為現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施。隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、固定網(wǎng)絡(luò)以及因特網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用基于網(wǎng)際協(xié)議（Internet Protocol，IP）化的趨勢(shì)更加明顯，從而使路由設(shè)備的地位和作用越發(fā)重要。
1.路由協(xié)議概述
1.1 RIP協(xié)議概述
RIP（Routing information Protocol，路由信息協(xié)議）是應(yīng)用較早、使用較普遍的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Gateway Protocol，IGP），適用于小型同類網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)自治系統(tǒng)（AS）內(nèi)的路由信息的傳遞。RIP協(xié)議是基于距離矢量算法（Distance Vector Algorithms，DVA）。它使用“跳數(shù)”，即metric來衡量到達(dá)目標(biāo)地址的路由距離。
RIP協(xié)議的工作過程，路由器啟動(dòng)后，路由表中只有那些與其直接連接的網(wǎng)絡(luò)地址。在每個(gè)路由器啟動(dòng)后，路由器以廣播的形式向相鄰的路由器發(fā)送自己完整的路由表。收到報(bào)文的路由器依據(jù)該信息來更新自己的路由表。最終所有的路由器都會(huì)有一份完整的路由表，得知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，達(dá)到匯聚狀態(tài)。如圖1中，R2的路由表開始只有與它直連的網(wǎng)絡(luò)2和網(wǎng)絡(luò)3的路由信息。接著它收到R1和R3發(fā)給它的路由表，它根據(jù)收到路由表中的路由信息，將自己路由表中沒有的路由信息添加進(jìn)來，并將原有的距離加1。當(dāng)R2把它從R1，R3獲得的路由信息匯聚起來發(fā)給R1，R3后，R1，R3也將自己的路由表更新，這時(shí)，就達(dá)到了匯聚狀態(tài)。
在達(dá)到匯聚狀態(tài)后，路由器每隔30秒向與他相連的網(wǎng)絡(luò)廣播自己的路由表，如果180秒（6個(gè)更新周期）一個(gè)路由項(xiàng)沒有得到確認(rèn)，則該路徑失效。若經(jīng)過240（8個(gè)更新周期）秒路由項(xiàng)仍沒有得到確認(rèn)，它就被從路由表中刪除。30，180，240秒的延時(shí)都是由計(jì)數(shù)器控制的，它們分別是：更新計(jì)時(shí)器（Update Timer）， 無效計(jì)時(shí)器（Invalid Timer）和刷新計(jì)時(shí)器（Flush Timer）。
路由器在收到某一鄰居路由器的路由信息后，對(duì)本路由表中沒有的項(xiàng)目，增加該路由項(xiàng)。前提條件是，該路由項(xiàng)的度量值少于16，即可達(dá)，因?yàn)檫@是新的目的網(wǎng)絡(luò);對(duì)本路由表中已有的路由項(xiàng)，當(dāng)下一跳的地址不同時(shí)，只在度量值減少的情況下更新該路由項(xiàng)的度量值，若下一跳的地址不同，但度量值相等，即代價(jià)一樣，那此時(shí)保留舊表;若下一跳的地址相同，只要度量值有改變就更新該路由項(xiàng)的度量值，因?yàn)檫@里路由項(xiàng)的度量值，要以最新的消息為準(zhǔn)。
1.2 OSPF協(xié)議概述
OSPF（Open Shortest Path First，最短路徑優(yōu)先）也是一個(gè)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，用于在單一自治系統(tǒng)內(nèi)決策路由。與RIP相對(duì)，OSPF是鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，而RIP是距離向量路由協(xié)議。目前，OSPF協(xié)議是自治系統(tǒng)內(nèi)主要采用的路由協(xié)議。
OSPF協(xié)議不僅能計(jì)算兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間的最短路徑，而且能計(jì)算通信費(fèi)用。可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶的要求來平衡費(fèi)用和性能，以選擇相應(yīng)的路由。在一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)可劃分出若干個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域根據(jù)自己的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算最短路徑，這樣做減少了OSPF路由實(shí)現(xiàn)的工作量。OSPF屬動(dòng)態(tài)的自適應(yīng)協(xié)議，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化可以迅速地做出反應(yīng)，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，提供短的收斂期，使路由表盡快穩(wěn)定化。每個(gè)路由器都維護(hù)一個(gè)相同的、完整的全網(wǎng)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。這個(gè)數(shù)據(jù)庫很龐大，尋徑時(shí)， 該路由器以自己為根，構(gòu)造最短路徑樹，然后再根據(jù)最短路徑構(gòu)造路由表。路由器彼此交換，并保存整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的鏈路信息，從而掌握全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并獨(dú)立計(jì)算路由。
OSPF協(xié)議路由的計(jì)算過程為：每臺(tái)OSPF路由器根據(jù)自己周圍的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)生成鏈路狀態(tài)通告LSA，并通過更新報(bào)文將LSA發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的其他OSPF路由器;每臺(tái)OSPF路由器都會(huì)收集其他路由器發(fā)來的LSA，所有的LSA放在一起便組成了鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫LSDB，LSA是對(duì)路由器周圍網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的描述，LSDB是對(duì)整個(gè)自治系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的描述;OSPF路由器將LSDB轉(zhuǎn)換成一張帶權(quán)的有向圖，這張圖便是對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的真實(shí)反應(yīng)，各個(gè)路由器得到的有向圖是完全一樣的;每臺(tái)路由器根據(jù)有向圖，使用SPF（最短路徑優(yōu)先）算法計(jì)算出一棵以自己為根的最短路徑樹，這棵樹給出了到自治系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由。
1.3 BGP協(xié)議概述
BGP（Border Gateway Protocol）是一種自治系統(tǒng)間的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，它的基本功能是在自治系統(tǒng)間自動(dòng)交換無環(huán)路的路由信息，通過交換帶有自治系統(tǒng)號(hào)序列屬性的路徑可達(dá)信息，來構(gòu)造自治區(qū)域的拓?fù)鋱D，從而消除路由環(huán)路并實(shí)施用戶配置的路由策略。與OSPF和RIP等在自治區(qū)域內(nèi)部運(yùn)行的協(xié)議對(duì)應(yīng)，BGP是一種EGP（Exterior Gateway Protocol）協(xié)議，而OSPF、RIP、ISIS等為IGP（Interior Gateway Protocol）協(xié)議。BGP協(xié)議經(jīng)常用于ISP之間。
BGP協(xié)議從1989年以來就已經(jīng)開始使用。它最早的三個(gè)版本分別是RFC1105（BGP-1）、RFC1163（BGP-2）和RFC1267（BGP-3），當(dāng)前使用的是RFC4271（BGP- 4）。 隨著INTERNET的飛速發(fā)展，路由表的體積也迅速增加，自治區(qū)域間路由信息的交換量越來越大，影響了網(wǎng)絡(luò)的性能。BGP支持無類別域間選路CIDR（Classless Inter Domain Routing），可以有效的減少日益增大的路由表。BGP-4正迅速成為事實(shí)上的Internet邊界路由協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。
BGP協(xié)議具有以下特性：
①BGP路由協(xié)議的著眼點(diǎn)在于控制路由的傳播和選擇最好的路由，而OSPF、RIP、IGP協(xié)議的著眼點(diǎn)在于發(fā)現(xiàn)和計(jì)算路由。
②通過攜帶AS路徑信息以及BGP的路由通告原則，可以解決自治系統(tǒng)之間與內(nèi)部的路由環(huán)路問題。
③BGP為路由信息附帶豐富的路由屬性，路由策略利用這些屬性，可以靈活的控制選路。
④BGP-4支持無類別域間選路CIDR（Classless Inter Domain Routing），也稱為supernetting（超網(wǎng)），這是對(duì)BGP-3的一個(gè)重要改進(jìn)。
⑤與OSPF，RIP等IGP協(xié)議相比，BGP的拓?fù)鋱D要更抽象一些。在BGP中，拓?fù)鋱D的端點(diǎn)是一個(gè)AS區(qū)域，邊是AS之間的鏈路。
⑥使用TCP作為其承載協(xié)議，端口號(hào)是179，提高了協(xié)議的可靠性。
⑦路由更新時(shí)，BGP只發(fā)送增量路由（增加、修改、刪除的路由信息），大大減少了BGP傳播路由時(shí)所占用的帶寬，適用于在Internet上傳播大量的路由信息。
簡(jiǎn)述BGP協(xié)議路由信息的傳送過程。P代表所要宣告的網(wǎng)絡(luò)地址前綴，A，B，C，D，E，F(xiàn)分別代表路由器所在的自治系統(tǒng)號(hào)。開始時(shí)，自治系統(tǒng)A中的邊界路由器向自治系統(tǒng)B和C發(fā)送路由宣告，“從自治系統(tǒng)A可以到達(dá)網(wǎng)絡(luò)P”。自治系統(tǒng)B和C中的邊界路由器收到后，將自己的自治系統(tǒng)號(hào)加到AS-PATH路徑中，再向他的其它EBGP鄰居發(fā)送。當(dāng)自治系統(tǒng)D收到了來自自治系統(tǒng)B和C的到達(dá)同一網(wǎng)絡(luò)P的路由信息，此時(shí)雖然兩個(gè)自治系統(tǒng)到達(dá)P的AS-PATH路徑長(zhǎng)度相同，自治D可以根據(jù)所配置的路由策略來決定選擇哪一條路徑。最終自治系統(tǒng)D選擇了來自自治系統(tǒng)C的路徑。
2.路由協(xié)議威脅分析
路由協(xié)議受到的威脅和攻擊，可能傷害個(gè)人用戶甚至整個(gè)運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)。下面主要介紹了對(duì)路由協(xié)議產(chǎn)生影響的威脅行為。
影響路由協(xié)議的威脅行為：
下面列出了對(duì)路由協(xié)議產(chǎn)生影響的公認(rèn)威脅行為[7]，這些威脅行為并不是針對(duì)某個(gè)特定的路由協(xié)議，而是存在目前所使用的大多數(shù)路由協(xié)議中。
（1）蓄意暴露信息
該威脅行為是指，攻擊者控制了路由器，故意將路由信息給其它實(shí)體，而該實(shí)體本不會(huì)接收到這些暴露的信息。
該威脅行為是從設(shè)備的安全漏洞入手，跟路由協(xié)議本身的關(guān)系不大。但如果攻擊者將路由信息發(fā)送給另外一個(gè)攻擊者，該攻擊者可以修改報(bào)文內(nèi)容，這會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶來很大的影響。
（2）嗅探
所謂嗅探，就是攻擊者監(jiān)聽和記錄授權(quán)路由器之間的路由交換，以獲得路由信息。
該威脅行為單獨(dú)存在的時(shí)候并不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成危害，僅僅是獲得路由信息，而路由信息本身并不存在機(jī)密性的內(nèi)容。但該項(xiàng)威脅行為暴露出路由協(xié)議的一個(gè)脆弱性，即路由協(xié)議沒有對(duì)路由信息加密保護(hù)的安全機(jī)制。
（3）欺騙
這里的欺騙是指一個(gè)非法設(shè)備假裝一個(gè)合法身份。欺騙本身也不是一個(gè)真正的攻擊，當(dāng)它執(zhí)行其它威脅行為時(shí)，才會(huì)導(dǎo)致威脅后果。例如，如果一個(gè)攻擊者成功地偽造了一個(gè)路由器的身份，這個(gè)攻擊者就會(huì)發(fā)送虛假的路由信息，可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的崩潰。
對(duì)于路由協(xié)議的很多攻擊都利用了該威脅行為，該威脅行為暴露了路由協(xié)議一個(gè)很大的脆弱性，即缺乏身份認(rèn)證機(jī)制。
（4）不正當(dāng)宣稱
該威脅行為是指，當(dāng)一個(gè)拜占庭路由器（合法的路由器做了錯(cuò)誤的事）或者一個(gè)未授權(quán)的路由器宣告它控制了一些網(wǎng)絡(luò)資源，而實(shí)際上它并沒有，或者它所宣告的路由信息并沒有被授權(quán)。
（5）虛假陳述
該威脅行為是指攻擊者以錯(cuò)誤的方式修改了路由信息。上一個(gè)威脅行為是由路由信息的源端產(chǎn)生的，該威脅行為主要是由路由信息的轉(zhuǎn)發(fā)端產(chǎn)生的。例如，在RIP協(xié)議中，攻擊者可能將路徑長(zhǎng)度從一跳增加到兩跳。在BGP協(xié)議中，攻擊者可能從AS-PATH中刪除一些AS號(hào)。
攻擊者可以通過刪除，插入和替換來實(shí)現(xiàn)該威脅;也可以通過重放過期數(shù)據(jù)假裝最新數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)。攻擊者可以是網(wǎng)絡(luò)外未授權(quán)的路由器，也可以是拜占庭路由器。
該威脅行為暴露了路由協(xié)議具有以下脆弱性。
①路由協(xié)議沒有內(nèi)在機(jī)制保證對(duì)等體之間通訊的消息的完整性和對(duì)等實(shí)體的真實(shí)性。
②路由協(xié)議中沒有安全機(jī)制來保證路由器宣告的路由信息的真實(shí)性。
③路由協(xié)議中沒有安全機(jī)制來抵擋重放攻擊。
該威脅行為幾乎暴露了路由協(xié)議存在的所有脆弱性，而正是由于該威脅行為的存在，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定帶來了極大地隱患。
（6）拒絕服務(wù)攻擊
該威脅行為是指通過一些攻擊手段使得路由器不能提供正常的服務(wù)，從而可能使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中斷服務(wù)。實(shí)現(xiàn)該威脅行為的方式有很多，如路由黑洞導(dǎo)致某條IP地址前綴不可達(dá)，或?qū)δ硹l路由的路徑屬性篡改會(huì)導(dǎo)致報(bào)文延遲或拒絕服務(wù)等，某個(gè)遠(yuǎn)程攻擊者使用錯(cuò)誤或偽造的路由消息關(guān)閉一個(gè)連接也被認(rèn)為是拒絕服務(wù)攻擊。而且對(duì)于承載路由協(xié)議的傳輸鏈路的攻擊，也可能會(huì)導(dǎo)致路由器受到拒絕服務(wù)攻擊。例如，BGP協(xié)議使用TCP作為其傳輸層協(xié)議，TCP RST攻擊能重置兩個(gè)對(duì)等體之間的連接;TCP容易受到SYN泛洪攻擊，會(huì)使得初始化三次握手不結(jié)束，BGP協(xié)議也就無法建立連接。
顯然，該威脅行為暴露了路由協(xié)議沒有防止拒絕服務(wù)攻擊的安全機(jī)制。而拒絕服務(wù)攻擊是目前因特網(wǎng)上常采用的攻擊手段，因?yàn)樵摴糨^簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)難度低，但帶來的危害卻是巨大的。網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的很多安全事件，都是由該攻擊造成的。因此，有效地防止拒絕服務(wù)攻擊，是作為因特網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的路由器所應(yīng)該具有的安全機(jī)制。
3.結(jié)論
RIP（路由信息協(xié)議）是路由器生產(chǎn)商之間使用的第一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)，是最廣泛的路由協(xié)議，在所有IP路由平臺(tái)上都可以得到。
【關(guān)鍵詞】氣象網(wǎng)絡(luò)；SDH；VPN；OSPF；熱備
1.引言
通信網(wǎng)絡(luò)是目前氣象數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)闹饕侄危穷A(yù)報(bào)預(yù)測(cè)、氣象服務(wù)等工作的基礎(chǔ)支撐，臺(tái)站各類資料經(jīng)氣象專用線路傳輸?shù)绞庀缶?，再集中上傳至中國氣象局。全省氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，全省各臺(tái)站的資料就可能會(huì)出現(xiàn)逾限甚至缺失，甚至?xí)绊戭A(yù)報(bào)、視頻會(huì)商和其他氣象服務(wù)。為構(gòu)筑更可靠穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，安徽省局對(duì)全省氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，在SDH和VPN網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)的熱備和容災(zāi)。
2.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹
2.1 SDH技術(shù)簡(jiǎn)介
SDH（Synchronous Digital Hierarchy，光同步數(shù)字傳送網(wǎng)）是一種將復(fù)接、線路傳輸及交換等功能融為一體、并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送網(wǎng)絡(luò)，是世界上各網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商所采用的重要技術(shù)之一。SDH技術(shù)采用統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一的比特率，為不同廠家的設(shè)備之間的互通互聯(lián)提供了可能，并可以有效地提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。它用于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理及維護(hù)的開銷豐富，因而使網(wǎng)絡(luò)的操作維護(hù)功能大大增強(qiáng)，便于集中統(tǒng)一管理，大大降低了維護(hù)費(fèi)用的開支。SDH網(wǎng)絡(luò)具有自愈性，提出了自愈網(wǎng)的新概念。SDH具有靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)，使網(wǎng)絡(luò)中上下支路信號(hào)變得十分簡(jiǎn)單，可以方便的使各種業(yè)務(wù)靈活上下。另外SDH網(wǎng)絡(luò)具有信息凈負(fù)荷和定時(shí)的透明性，并將IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立在SDH傳輸平臺(tái)上，既兼容現(xiàn)有的不同技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，又滿足未來的發(fā)展需求[1]。
2.2 VPN技術(shù)簡(jiǎn)介
2.2.1 VPN概念
VPN（Virtual Private Network）利用公用網(wǎng)絡(luò)（通常是internet互聯(lián)網(wǎng)）作為基本傳輸媒體，在公用網(wǎng)絡(luò)上建立一條臨時(shí)的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)通道，通過加密和驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)流量等方法來保護(hù)數(shù)據(jù)安全、穩(wěn)定傳輸，而不被竊取和篡改。它隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來，可提供類似于企業(yè)內(nèi)部專線性能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，由GRE、IPSEC、PPTP、L2TP等技術(shù)組成。
2.2.2 隧道技術(shù)
隧道技術(shù)是虛擬的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接技術(shù)，依靠互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）在公用網(wǎng)中建立自己專用的數(shù)據(jù)包傳輸隧道。VPN的隧道協(xié)議可分為第二層隧道協(xié)議和第三層隧道協(xié)議，GRE（Generic Routing Encapsula-
tion，通用路由封裝協(xié)議）是第三層隧道協(xié)議，采用了隧道（Tunnel）技術(shù)。GRE隧道的設(shè)計(jì)目的就是為了讓遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)能夠以本地連接的方式顯現(xiàn)[2]。
2.2.3 IPSec協(xié)議
IPSec（IP Security，網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議）是IETF（Internet工程任務(wù)組）為了確保在任何IP網(wǎng)絡(luò)上擁有安全的私密通信而開發(fā)的開放標(biāo)準(zhǔn)框架。IPSec是網(wǎng)絡(luò)層中安全通訊的第三層協(xié)議，提供傳送、接收端做數(shù)據(jù)的認(rèn)證、完整性、機(jī)密性、抗重播以及存取控制等安全服務(wù)。高層的應(yīng)用協(xié)（TCP和UDP）也可以直接或間接地使用這些安全服務(wù)。IPSec提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的、健壯的以及包容廣泛的機(jī)制，可有效地保護(hù)IP數(shù)據(jù)包的安全，確保數(shù)據(jù)通過公共網(wǎng)絡(luò)時(shí)的安全性。
2.3 OSPF路由協(xié)議
由系統(tǒng)管理員事先設(shè)置好固定的路由表稱之為靜態(tài)（static）路由表，一般是在系統(tǒng)安裝時(shí)就根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的配置情況預(yù)先設(shè)定的，它不會(huì)隨未來網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變而改變。動(dòng)態(tài)（Dynamic）路由表是路由器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行情況按照路由選擇協(xié)議（Routing Protocol）而自動(dòng)學(xué)習(xí)、調(diào)整和記憶的路由表。動(dòng)態(tài)路由可以自動(dòng)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，以維持路由的正確性與完整性。
OSPF（Open Shortest Path First，開放式最短路徑優(yōu)先路由協(xié)議）是一種基于SPF算法（最短路徑優(yōu)先算法）的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Ga
-teway Protocol，IGP），用于在同一個(gè)自治域中的路由器之間路由信息，具有支持大型網(wǎng)絡(luò)、路由收斂快、占用網(wǎng)絡(luò)資源少等優(yōu)點(diǎn)，是一種典型的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議[3]。
OSPF路由器收集其所在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域上各路由器的鏈路狀態(tài)信息（Link-State），生成鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（Link
-State Database），利用SPF獨(dú)立地計(jì)算出到達(dá)任意目的地的路由。OSPF利用量度Cost計(jì)算目的路徑，Cost最小者即為最短路徑。在配置OSPF路由器時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況，如鏈路帶寬、時(shí)延或費(fèi)用設(shè)置鏈路Cost大小[4]。
2.4 VRRP協(xié)議
VRRP（Virtual Router Redun-
dancy Protocol，虛擬路由冗余協(xié)議）是一種容錯(cuò)選擇協(xié)議，為具有多播或廣播能力的局域網(wǎng)設(shè)計(jì)。VRRP將一組路由器（一個(gè)活動(dòng)路由器Master和多個(gè)備份路由器Backup）組織成一個(gè)虛擬路由器，即一個(gè)備份組，從而當(dāng)Master宕機(jī)時(shí)，備份組內(nèi)優(yōu)先級(jí)最高的Backup會(huì)及時(shí)接管轉(zhuǎn)發(fā)工作成為新的Master，提高了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量[5]。
3.網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和規(guī)劃方案
3.1 應(yīng)用需求和設(shè)計(jì)原則
3.1.1 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求
氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)目前的主要應(yīng)用包括：觀測(cè)資料的采集上傳；預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)資料調(diào)用；公共服務(wù)及決策服務(wù)信息傳輸；視頻預(yù)測(cè)會(huì)商；衛(wèi)星廣播系統(tǒng)資料的接收共享；Notes郵件系統(tǒng)的應(yīng)用；辦公OA及計(jì)財(cái)系統(tǒng)應(yīng)用；互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)等。
3.1.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則
在滿足實(shí)際業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合國家和氣象局信息安全管理的要求，安徽省氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃為：理順核心局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)，利用VRRP技術(shù)構(gòu)建核心交換機(jī)雙機(jī)熱備策略，加強(qiáng)核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)保證和安全保護(hù)；加強(qiáng)全省氣象廣域網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理，兼顧網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的高速和穩(wěn)定兩方面的性能，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具備應(yīng)急自動(dòng)備份方案：即具備主通信網(wǎng)絡(luò)和備份網(wǎng)絡(luò)兩套系統(tǒng)，增強(qiáng)氣象部門數(shù)據(jù)通信和信息共享的安全性、可靠性；完善氣象部門信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)環(huán)境，提出適應(yīng)氣象業(yè)務(wù)發(fā)展需求，且滿足信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)要求的信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
3.2 氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案
在全省開通省、市、縣3級(jí)SDH網(wǎng)絡(luò)，其中市-省分別開通聯(lián)通和移動(dòng)SDH專線各一條，切實(shí)降低鏈路中斷對(duì)業(yè)務(wù)影響的可能性。移動(dòng)SDH主要用于數(shù)據(jù)傳輸（簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)網(wǎng)），聯(lián)通SDH主要用于傳輸視頻會(huì)議信息。市-縣采用聯(lián)通SDH專線。SDH網(wǎng)絡(luò)為通信的主鏈路，帶寬都分別是2M。同時(shí)搭建基于互聯(lián)網(wǎng)的省、市、縣3級(jí)VPN網(wǎng)絡(luò)作為備份網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，VPN網(wǎng)絡(luò)采用IPsec+GRE的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。省、市級(jí)廣域網(wǎng)出口都架設(shè)硬件防火墻，保證局域網(wǎng)的安全。在SDH和VPN鏈路中同時(shí)采用OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議進(jìn)行冗余保護(hù)，當(dāng)主鏈路SDH網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，自動(dòng)切換到備份網(wǎng)絡(luò)通信。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。
3.2.1 省局核心網(wǎng)絡(luò)
省級(jí)氣象通信網(wǎng)絡(luò)為雙核心交換機(jī)結(jié)構(gòu)，雙機(jī)采用H3C S7503交換機(jī)，處于一主一備的熱備狀態(tài)，設(shè)備上啟用VRRP協(xié)議的VLAN來實(shí)現(xiàn)熱備，確保省級(jí)氣象通信骨干網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。
省級(jí)中心對(duì)市、縣的通信采用雙核心路由器結(jié)構(gòu)，兩個(gè)路由器采用H3C R6604路由器，分接SDH線路和VPN線路，通過OSPF動(dòng)態(tài)路由的學(xué)習(xí)方式來建立動(dòng)態(tài)路由的自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)熱備和負(fù)載均衡。當(dāng)主路由出現(xiàn)故障時(shí)，備份路由自動(dòng)接管；主路由恢復(fù)正常后，自動(dòng)從備份路由切換到主路由上。以此來確保市、縣到省中心機(jī)房的通信傳輸?shù)牟婚g斷。省局雙核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3.2.2 市級(jí)網(wǎng)絡(luò)
根據(jù)設(shè)計(jì)方案和自身需求，市氣象局采用一臺(tái)三層交換機(jī)博達(dá)S3424作為信息網(wǎng)絡(luò)的核心層，采用端口鏈路聚合技術(shù)，并通過不同的VLAN分別連接SDH和VPN路由設(shè)備，隔離了網(wǎng)絡(luò)廣播信息，利用率得到提高。SDH線路接入博達(dá)路由器R4860，VPN線路接入H3C路由器 R28-11，其中移動(dòng)SDH鏈路的Cost值為50，聯(lián)通VPN鏈路的Cost值為80，SDH鏈路的Cost值為100。市局是縣局到省局通信的中轉(zhuǎn)站。
3.2.3 各縣局網(wǎng)絡(luò)
縣局網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用博達(dá)路由器R2641，同時(shí)接入SDH和VPN網(wǎng)絡(luò)，Cost值設(shè)置和市局的對(duì)應(yīng)線路相同，并配置到省局的VPN隧道，Cost值設(shè)為500，作為市局整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓時(shí)直接同省局信息傳輸?shù)淖詈髠浞?。同時(shí)采用H3C路由器R28-11分別配置連接省、市局的VPN線路，作為博達(dá)路由器R2641的冷備份設(shè)備。
4.實(shí)施配置
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置清單如下，因縣局設(shè)備配置與市局基本對(duì)應(yīng)故略去。主要列舉省局核心交換機(jī)VRRP配置及市局網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置清單。
4.1 省局交換機(jī)配置
二層交換機(jī)都通過兩條千兆以太網(wǎng)線分別上連至核心交換機(jī)S7503-1及S7503-2，同時(shí)S7503之間通過鏈路捆綁技術(shù)實(shí)現(xiàn)流量共享；在S7503上啟用VRRP協(xié)議的VLAN，滿足熱備要求。
interface Vlan-interface81
ip address 172.21.*.11 255.
255.255.0
vrrp vrid 1 virtual-ip 172.
21.*.2
vrrp vrid 1 track Vlan-in-
terface282 reduced 15
vrrp vrid 1 track Vlan-in-
terface382 reduced 15
ospf cost 100
# 建立VLAN 282，設(shè)置IP地址和ospf cost值；
interface Vlan-interface282
ip address 192.168.*.254 255.255.255.252
ospf cost 100
# 建立VLAN 382，設(shè)置IP地址和ospf cost值；
interface Vlan-interface382
ip address 192.168.*.254 255.255.255.252
ospf cost 100
#千兆端口，用于連接備份路由器H3C R6604-1；
interface GigabitEthernet1/
0/17
description To-SR6604-1
port access vlan 282
#千兆端口，用于連接備份路由器H3C R6604-1；
interface GigabitEthernet1/
0/18
description To-SR6604-2
port access vlan 382
#配置OSPF，將本交換機(jī)的路由信息在區(qū)域10中動(dòng)態(tài)出去
ospf 1
area 0.0.0.10
network 172.21.*.0 0.0.0.
255
network 192.168.*.252 0.0.
0.3
4.2 市局交換機(jī)配置
劃分不同的VLAN，并設(shè)置相應(yīng)的端口，1到24口為局域網(wǎng)端口，屬于VLAN 2，用于連接內(nèi)部二層交換機(jī)或者服務(wù)器；
interface FastEthernet0/1
switchport pvid 2
……
interface FastEthernet0/24
switchport pvid 2
千兆端口1和3，屬于VLAN 200，用于連接SDH路由器博達(dá)R4860；
interface GigaEthernet0/1
switchport pvid 200
!
interface GigaEthernet0/3
switchport pvid 300
千兆端口2和4，屬于VLAN 300，用于連接VPN路由器H3C R28-11；
interface GigaEthernet0/2
switchport pvid 200
!
interface GigaEthernet0/4
switchport pvid 300
! 局域網(wǎng)配置，設(shè)置網(wǎng)關(guān)IP地址
interface VLAN2
ip address 10.*.*.1 255.255.
255.0
no ip directed-broadcast
no ip unreachable
!配置連接SDH路由器的端口地址，并設(shè)置OSPF Cost值為50
interface VLAN200
ip address 192.168.*.186 255.255.255.252
no ip directed-broadcast
no ip unreachable
ip ospf cost 50
! 配置連接VPN路由器的端口地址，并設(shè)置OSPF Cost值為60
interface VLAN300
ip address 192.168.*.190 255.255.255.252
no ip directed-broadcast
no ip unreachable
ip ospf cost 60
!
vlan 1-2,200,300
配置OSPF，將路由信息在區(qū)域10中動(dòng)態(tài)出去。
router ospf 100
network 192.168.*.184 255.255.255.252 area 10
network 192.168.*.188 255.
255.255.252 area 10
network 10.*.*.0 255.255.
255.0 area 10
4.3 市局SDH路由器配置
!配置SDH端口為E1接口，并采用非成幀模式；
controller E1 1/0
unframed
!連接交換機(jī)的千兆口配置
interface GigaEthernet0/0
ip address 192.168.*.185 255.255.255.252
no ip directed-broadcast
!聯(lián)通SDH鏈路連接到省局的端口配置，采用PPP協(xié)議，設(shè)置OSPF Cost值為80，并配置策略路由，匹配源地址，只允許視頻設(shè)備地址通過；
interface Serial1/0:0
ip address 192.168.*.1 255.255.255.252
no ip directed-broadcast
encapsulation ppp
ip ospf cost 80
ip policy route-map GaoQingShiPing
!移動(dòng)SDH鏈路連接到省局的端口配置，采用PPP協(xié)議，設(shè)置OSPF Cost值為50；
interface Serial1/4:0
ip address 192.168.*.1 255.255.255.252
no ip directed-broadcast
encapsulation ppp
ip ospf cost 50
!到縣局SDH鏈路的端口配置，采用PPP協(xié)議，設(shè)置OSPF Cost值為50；
interface Serial1/1:0
description Link-To-FeiDongJu
ip address 192.168.*.18 255.255.255.252
no ip directed-broadcast
encapsulation ppp
ip ospf cost 50
! 配置OSPF，將路由信息在區(qū)域10中動(dòng)態(tài)出去；
router ospf 100
network 192.168.*.0 255.255.
255.252 area 10
network 192.168.*.0 255.255.255.252 area 10
network 192.168.*.16 255.255.
255.252 area 10
network 192.168.*.184 255.
255.255.252 area 10
!對(duì)一些特定的通信需求，通過指定靜態(tài)路由的方式完成。
ip route 10.1.*.0 255.255.
255.0 192.168.*.2 10
ip route 10.*.*.46 255.255.
255.255 192.168.*.2 30
4.4 市局VPN路由器配置
#在IPSec中，由AH、ESP協(xié)議使用MD5或SHA散列算法實(shí)現(xiàn)加密服務(wù)和數(shù)據(jù)完整性認(rèn)證，采用IKE（The Internet Key Exchange，Internet密鑰交換）來作為密鑰交換的工具。配置市到縣局的IKE設(shè)置，配置IKE對(duì)等體[6]；
ike peer bfhfchangfeng
pre-shared-key ***
remote-address 192.168.*.45
#配置市到省局的VPN鏈路的IKE設(shè)置設(shè)置，配置IKE對(duì)等體；
ike peer ne08
pre-shared-key ***
remote-address 192.168.*.66
#創(chuàng)建安全提議，系統(tǒng)提供一條缺省的IKE安全提議（一般為esp-des、esp-md5-hmac）；
ipsec proposal 10
#創(chuàng)建至縣局的安全策略，在安全策略中引用安全提議，引用IKE對(duì)等體，引用訪問控制列表；
ipsec policy bfhfchangfeng 1 isakmp
security acl 3200
ike-peer bfhfchangfeng
proposal 10
#創(chuàng)建至省局的安全策略，在安全策略中引用安全提議，引用IKE對(duì)等體，引用訪問控制列表；
ipsec policy ne08 1 isakmp
security acl 3000
ike-peer ne08
proposal 10
#連接三層交換機(jī)博達(dá)S3424接口配置
interface Ethernet0/0
description wan
ip address 192.168.*.189 255.255.255.252
firewall packet-filter 3999
inbound
#連接Internet接口配置
interface Ethernet0/1
ip address 220.178.*.* 255.
255.255.240
firewall packet-filter 3999
inbound
nat outbound 2000
#連接省局的隧道配置，配置隧道的起點(diǎn)和終點(diǎn)，引用對(duì)應(yīng)安全策略，設(shè)置OSPF Cost值為60，并且根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況配置統(tǒng)一的MTU值和MSS值，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率[7]；
interface Tunnel1
mtu 1400
ip address 192.168.*.65 255.255.255.252
source Ethernet0/1
destination 218.22.*.*
ipsec policy ne08
ospf cost 100
#連接縣局的隧道配置，要配置隧道的起點(diǎn)和終點(diǎn)，并引用對(duì)應(yīng)安全策略，設(shè)置OSPF的 Cost值為60；
interface Tunnel302
ip address 192.168.*.46 255.255.255.252
source Ethernet0/1
destination 218.22.*.*
ospf cost 60
#訪問控制列表配置；
acl number 3000
rule 0 permit ip source 0.
0.0.0 255.255.255.0 destination 0.0.0.0 255.255.255.0
acl number 3200
rule 0 permit ip source 10.*.0.0 0.0.255.255 destination 10.*.0.0 0.0.255.255
#配置OSPF，將路由信息在區(qū)域10中動(dòng)態(tài)出去；
ospf 1
preference 30
area 0.0.0.10
network 192.168.*.44 0.0.
0.3
network 192.168.*.64 0.0.
0.3
network 192.168.*.188 0.
0.0.3
5.結(jié)語與討論
通過上述省、市各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置，省局、市局、縣局之間的網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)以SDH主干線路和IPSEC+GRE備份線路的熱備份組網(wǎng)形式。正常情況下優(yōu)先選用SDH專線網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)SDH鏈路或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，三層交換機(jī)通過OSPF協(xié)議，會(huì)自動(dòng)快速啟用VPN備份線路進(jìn)行通信。通過中斷測(cè)試運(yùn)用連續(xù)Ping檢測(cè)，從故障發(fā)生到線路切換為備份網(wǎng)絡(luò)，可以在5秒左右完成，僅會(huì)丟3至4個(gè)包，當(dāng)主干網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)，自動(dòng)切回到主干線路，幾乎沒有丟包和延時(shí)發(fā)生，整個(gè)切換過程對(duì)用戶透明。
安徽省氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過設(shè)計(jì)構(gòu)建后，提高了廣域網(wǎng)的通信性能，保證各項(xiàng)業(yè)務(wù)每天24小時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行，為大數(shù)據(jù)量信息的傳遞提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使得高清視頻會(huì)商等許多新增業(yè)務(wù)的良好開展成為可能。主備網(wǎng)絡(luò)的熱備份及靈活的自動(dòng)切換，使得整個(gè)氣象網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期效果。同時(shí)也應(yīng)看到，雖然實(shí)現(xiàn)通信線路和路由設(shè)備的備份冗余，但網(wǎng)絡(luò)中還存在單點(diǎn)故障的隱患，比如市局的三層交換機(jī)，當(dāng)其出現(xiàn)故障時(shí)也會(huì)給業(yè)務(wù)造成較大影響。今后將對(duì)氣象寬帶網(wǎng)做進(jìn)一步的優(yōu)化建設(shè)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性，減少單點(diǎn)設(shè)備故障的隱患。
參考文獻(xiàn)
[1]上海博達(dá)數(shù)據(jù)通信有限公司.博達(dá)認(rèn)證網(wǎng)絡(luò)工程師(BCNE)培訓(xùn)教程.
[2]Gary work Warrior中文版——思科網(wǎng)絡(luò)工程師必備手冊(cè).北京:人民郵電出版社,2011:147-159.
[3]王群.非常網(wǎng)管-網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)[M].北京:人民郵電出版社,2006:369-386.
[4]Alex Zinin.Cisco IP路由——分組轉(zhuǎn)發(fā)與域內(nèi)路由協(xié)議[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005:360-457.
[5]中國氣象信息中心.全國氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)主干系統(tǒng)整合方案.
[6]杭州華三通信技術(shù)有限公司.H3CSE-Routing & Switching課程《構(gòu)建企業(yè)級(jí)路由網(wǎng)絡(luò)(v5.1)》培訓(xùn)教程.
[7]唐懷甌.安徽省氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)中MTU問題的研究和優(yōu)化[C].2011年中國氣象學(xué)會(huì)氣象通信與信息技術(shù)委員會(huì)暨國家氣象信息中心科技年會(huì)論文集(2011.05).
本文為安徽省氣象局2009年現(xiàn)代化建設(shè)重要項(xiàng)目“安徽省氣象局SDH通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)”。
作者簡(jiǎn)介：
唐懷甌（1980—），男，安徽宿州人，大學(xué)本科，安徽省氣象信息中心工程師。
關(guān)鍵詞：負(fù)載均衡；確定性路由；機(jī)會(huì)路由；電力通信網(wǎng)絡(luò)
中圖分類號(hào)：TP393
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號(hào)：1001-9081（2016）11-3028-05
0 引言
電力生產(chǎn)系統(tǒng)需要嚴(yán)格控制間斷性和狀態(tài)的突變，因此要求電力通信網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議具有非常高的可靠性，并且能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)故障，保證系統(tǒng)持續(xù)可靠地運(yùn)行。不同于其他類型的網(wǎng)絡(luò)，在電力通信網(wǎng)絡(luò)中，站點(diǎn)與業(yè)務(wù)量的分布非常不均勻，這就導(dǎo)致部分關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)和鏈路承載著大量的網(wǎng)絡(luò)流量，極大地影響了系統(tǒng)的可靠性[1]。傳統(tǒng)的因特網(wǎng)中負(fù)載均衡策略并不能很好地針對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征與流量特征，無法滿足電力通信網(wǎng)絡(luò)極高可靠性的需求，因此設(shè)計(jì)高效的負(fù)載均衡的路由策略是電力通信網(wǎng)絡(luò)中非常重要的問題。
開放最短路徑優(yōu)先（Open Shortest Path First， OSPF）協(xié)議在電力信息網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在大規(guī)模的部署OSPF的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾?huì)被劃分成多個(gè)區(qū)域。當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要向所在區(qū)域外的目的地發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，需要首先將數(shù)據(jù)包發(fā)送到合適的邊界路由器，并由邊界路由器負(fù)責(zé)向區(qū)域外傳輸。作為不同區(qū)域間溝通的橋梁，邊界路由器往往承載著大量的網(wǎng)絡(luò)流量，一旦發(fā)生故障將對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)造成嚴(yán)重的影響。原始的OSPF算法的區(qū)域劃分算法有較大的改進(jìn)空間，已有的工作[2-4]主要集中在如何根據(jù)實(shí)際需求對(duì)基于OSPF 的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更合理的區(qū)域劃分。然而這些算法并不能從根本上解決邊界路由器容易成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸的問題，不能很好地實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。
OSPF協(xié)議是一個(gè)典型的確定性路由，當(dāng)有數(shù)據(jù)包需要轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)依據(jù)路由表選取確定的下一跳。通過收集準(zhǔn)確的路由信息，確定性路由能夠選出最優(yōu)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，很難獲取并維護(hù)全網(wǎng)范圍內(nèi)準(zhǔn)確的路由信息，這也是OSPF協(xié)議進(jìn)行區(qū)域劃分的原因。機(jī)會(huì)路由協(xié)議被廣泛應(yīng)用到高度動(dòng)態(tài)的無線網(wǎng)絡(luò)中（如無線傳感網(wǎng)[5]與車載網(wǎng)[6]），當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，并不是指定一個(gè)確定的下一跳節(jié)點(diǎn)，而是根據(jù)實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息分配給候選節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)概率，然后從中動(dòng)態(tài)選出下一跳作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。機(jī)會(huì)路由中節(jié)點(diǎn)不需要維護(hù)全局精確的路由信息，因而適合大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。此外，由于每個(gè)候選節(jié)點(diǎn)均有機(jī)會(huì)成為最終的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，機(jī)會(huì)路由[7-8]天然地具備高容錯(cuò)、負(fù)載均衡的特性。文獻(xiàn)[9]針對(duì)OSPF中單一傳輸路徑導(dǎo)致的文件下載響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的問題，使用多路徑負(fù)載均衡的技術(shù)對(duì)OSPF進(jìn)行改進(jìn)，能夠減少文件下載的相應(yīng)時(shí)間。文獻(xiàn)[10]提出負(fù)載均衡優(yōu)先的OSPF協(xié)議（Load Balance Advanced-OSPF， LBA-OSPF），依據(jù)工作鏈路的負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)整鏈路的權(quán)重。文獻(xiàn)[11]使用粒子群優(yōu)化算法來實(shí)現(xiàn)多路徑路由中的負(fù)載均衡，粒子群算法可以從理論上分析每條路徑上的轉(zhuǎn)發(fā)比例，路由策略可以依次進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)策略的調(diào)整，有效地均衡網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，降低丟包率。但是上述的負(fù)載均衡方案并沒有考慮到區(qū)域劃分對(duì)于負(fù)載均衡的影響，與區(qū)域內(nèi)的普通節(jié)點(diǎn)相比，區(qū)域邊界的邊界節(jié)點(diǎn)往往承載著更大的網(wǎng)絡(luò)流量，極容易成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。已有的算法很好地解決了同一個(gè)區(qū)域內(nèi)的負(fù)載均衡問題，應(yīng)用到多區(qū)域的OSPF網(wǎng)絡(luò)依然存在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均衡的問題[12]。
本文綜合考慮確定性路由與機(jī)會(huì)路由的優(yōu)點(diǎn)，提出一種適用于電力通信網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡的路由協(xié)議。在局部范圍內(nèi)基于精確的路由信息部署確定性路由，而在全局范圍內(nèi)通過預(yù)估的遠(yuǎn)處代價(jià)對(duì)候選節(jié)點(diǎn)劃分優(yōu)先級(jí)并確定轉(zhuǎn)發(fā)概率，實(shí)現(xiàn)高容錯(cuò)與負(fù)載均衡，避免瓶頸節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)生。
1 候選節(jié)點(diǎn)集合的確定
1.1 OSPF區(qū)域與候選節(jié)點(diǎn)集合
在一個(gè)OSPF區(qū)域中，節(jié)點(diǎn)間通過交換鏈路狀態(tài)通告（Link State Advertisement， LSA）可以獲得該區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（Link State DataBase，LSDB）?；贚SDB，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以生成最短路徑樹作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的依據(jù)來確定路由表，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，通過LSA的交換，可以對(duì)LSDB進(jìn)行更新，進(jìn)而更新路由表。
由于節(jié)點(diǎn)可以獲得本區(qū)域內(nèi)較為準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，當(dāng)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)故障或鏈路故障時(shí)，通過OSPF的觸發(fā)式更新機(jī)制，節(jié)點(diǎn)可以快速地基于更新后的LSDB進(jìn)行重新選路。
機(jī)會(huì)路由最初是部署在無線網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)把其應(yīng)用在有線網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要根據(jù)有線網(wǎng)絡(luò)的特性進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。與無線網(wǎng)絡(luò)相比，有線網(wǎng)絡(luò)相對(duì)穩(wěn)定。在無線網(wǎng)絡(luò)的機(jī)會(huì)路由中，候選節(jié)點(diǎn)集合都是從單跳鄰居中進(jìn)行篩選，主要原因是在高度動(dòng)態(tài)的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，只能維護(hù)較為準(zhǔn)確的單跳鄰居信息。而對(duì)于相對(duì)穩(wěn)定的有線網(wǎng)絡(luò)，LSDB中往往包含較為準(zhǔn)確的多跳鄰居信息。于是本文可以從一個(gè)OSPF區(qū)域內(nèi)進(jìn)行候選節(jié)點(diǎn)集合的篩選，先機(jī)會(huì)地從候選節(jié)點(diǎn)集合中選出中繼節(jié)點(diǎn)，然后基于最短路徑樹將數(shù)據(jù)包確定性地傳遞到選中的中繼節(jié)點(diǎn)。
1.2 以節(jié)點(diǎn)為中心的區(qū)域劃分
由于構(gòu)建OSPF區(qū)域的目的是為了從中選擇機(jī)會(huì)路由轉(zhuǎn)發(fā)的候選節(jié)點(diǎn)集合，因此本文提出以節(jié)點(diǎn)為中心的區(qū)域劃分算法。每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)以自己為中心的由h（h≥2）跳鄰居構(gòu)成的區(qū)域，并通過LSA來維護(hù)該區(qū)域的LSDB。為了給每個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建以自己為中心的區(qū)域，LSA以受限廣播的方式進(jìn)行發(fā)送。同樣采用OSPF中LSA的觸發(fā)式更新機(jī)制，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)或鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，該LSA最多會(huì)被在狀態(tài)變化點(diǎn)h跳鄰居范圍內(nèi)傳播，收到該LSA的節(jié)點(diǎn)對(duì)自己的LSDB進(jìn)行更新。
1.3 區(qū)域出口節(jié)點(diǎn)的確定
根據(jù)由以本節(jié)點(diǎn)為中心的h（h≥2）跳鄰居構(gòu)成的區(qū)域，節(jié)點(diǎn)可以從中確定候選節(jié)點(diǎn)集合。候選節(jié)點(diǎn)集合由該區(qū)域的出口節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，即一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以通過將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給候選節(jié)點(diǎn)來進(jìn)一步將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至更遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)。
如圖1所示的拓?fù)渲?，本文以?jié)點(diǎn)S為例介紹如何確定節(jié)點(diǎn)S的候選節(jié)點(diǎn)集合。圖中用黑色線框表示了以S為中心的區(qū)域的大小，在示例中使用兩跳（h=2）的鄰居構(gòu)建以節(jié)點(diǎn)自身為中心的區(qū)域。節(jié)點(diǎn)A，B，C，D與E構(gòu)成了節(jié)點(diǎn)S的第一跳鄰居，節(jié)點(diǎn)f、g、h、i、 j與k構(gòu)成了節(jié)點(diǎn)S的第二跳鄰居。這些第二跳鄰居中，節(jié)點(diǎn)g、h、i與k能夠與區(qū)域外的節(jié)點(diǎn)交互，稱之為區(qū)域的出口。因此，{g，h，i，k}構(gòu)成了節(jié)點(diǎn)S的候選節(jié)點(diǎn)集合。而第一跳鄰居與非區(qū)域出口的第二跳鄰居構(gòu)成了候選節(jié)點(diǎn)的服務(wù)節(jié)點(diǎn)集合{A，B，C，D，E， f， j}。當(dāng)S進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，如果目的地在以自己為中心的區(qū)域內(nèi)，直接依據(jù)LSDB構(gòu)建最短路徑樹進(jìn)行確定性轉(zhuǎn)發(fā)；如果目的地在區(qū)域外，則依據(jù)候選節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)與轉(zhuǎn)發(fā)概率動(dòng)態(tài)的選出轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。下一節(jié)將介紹如何確定候選節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)與轉(zhuǎn)發(fā)概率。
2 候選節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)與轉(zhuǎn)發(fā)概率的確定
對(duì)一個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)，使用以自身為中心的區(qū)域的出口節(jié)點(diǎn)構(gòu)建初始的候選節(jié)點(diǎn)集合后，需要為候選節(jié)點(diǎn)依據(jù)特定的目的節(jié)點(diǎn)確定優(yōu)先級(jí)與轉(zhuǎn)發(fā)概率。
2.1 近處代價(jià)與遠(yuǎn)處代價(jià)
對(duì)于一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)，當(dāng)其被選中時(shí)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的端到端代價(jià)越小，對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)越高，相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)概率就越大。例如，對(duì)于兩個(gè)候選節(jié)點(diǎn)，如果一個(gè)位于目的節(jié)點(diǎn)所在的方向，一個(gè)位于目的節(jié)點(diǎn)相反的方向。顯然位于相同方向的候選節(jié)點(diǎn)具備更高的優(yōu)先級(jí)與轉(zhuǎn)發(fā)概率，更有甚者，位于相反方向的候選節(jié)點(diǎn)可以將轉(zhuǎn)發(fā)概率設(shè)置為零。
一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的代價(jià)包含近處代價(jià)與遠(yuǎn)處代價(jià)兩部分： 近處代價(jià)指的是發(fā)送節(jié)點(diǎn)依據(jù)最短路徑樹在本區(qū)域內(nèi)到達(dá)候選節(jié)點(diǎn)的路徑的代價(jià)；遠(yuǎn)處代價(jià)指的是候選節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)期望的端到端代價(jià)。
依據(jù)LSDB，很容易計(jì)算出到達(dá)一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)最佳路徑對(duì)應(yīng)的近處代價(jià)。而遠(yuǎn)處代價(jià)需要分兩種情況去考慮：如果目的節(jié)點(diǎn)位于以該候選節(jié)點(diǎn)為中心的區(qū)域內(nèi)，依據(jù)該候選節(jié)點(diǎn)的LSDB，可以獲得從該候選節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)最佳路徑對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)處代價(jià)；如果目的節(jié)點(diǎn)不在以該候選節(jié)點(diǎn)為中心的區(qū)域內(nèi)，考慮到機(jī)會(huì)路由的特性，本文需要考慮以該候選節(jié)點(diǎn)為源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)所有潛在路徑平均的端到端代價(jià)，并以此作為該候選節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)處代價(jià)。
圖2給出了兩種情況下如何去獲得候選節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的端到端代價(jià)，其中云狀圖表示省略未畫出的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｈ粼垂?jié)點(diǎn)S要發(fā)送數(shù)據(jù)包到目的節(jié)點(diǎn)C，若候選節(jié)點(diǎn)A被選為中繼節(jié)點(diǎn)，路徑SAC的端到端代價(jià)為：
使用d表示近處代價(jià)，使用D表示遠(yuǎn)處代價(jià)或端到端代價(jià)，dSA指在以源節(jié)點(diǎn)S為中心的區(qū)域內(nèi)按照最短路徑樹到達(dá)候選節(jié)點(diǎn)A的近處代價(jià)，圖中使用虛線的原因是因?yàn)?，從S到A有可能需要區(qū)域內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)。由于目的節(jié)點(diǎn)C在以候選節(jié)點(diǎn)A為中心的區(qū)域內(nèi)，所以DAC=dAC。若源節(jié)點(diǎn)S要發(fā)送數(shù)據(jù)包到目的節(jié)點(diǎn)G，如果候選節(jié)點(diǎn)B被選為中繼節(jié)點(diǎn)，則路徑SBG包括兩個(gè)部分，以源節(jié)點(diǎn)S為中心的區(qū)域內(nèi)路徑dSB，以及候選節(jié)點(diǎn)B到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)G的遠(yuǎn)處代價(jià)DBG，由于目的節(jié)點(diǎn)G不在以候選節(jié)點(diǎn)B為中心的區(qū)域內(nèi)，要獲得DBG，我們需要綜合考慮從候選節(jié)點(diǎn)B到目的節(jié)點(diǎn)G所有的潛在路徑BDG，BEG與BFG。
其中pBD指的是當(dāng)節(jié)點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，候選節(jié)點(diǎn)D被選中的概率，即轉(zhuǎn)發(fā)概率。由式（2）可以看出，遠(yuǎn)處代價(jià)的獲得使用的是類似于距離矢量路由協(xié)議的機(jī)制，即使用鄰居節(jié)點(diǎn)的端到端代價(jià)用于自身端到端代價(jià)的計(jì)算。為了避免環(huán)路，如果一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)比發(fā)送節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的代價(jià)要大，需要將該候選節(jié)點(diǎn)從初始的候選節(jié)點(diǎn)集合中移除?；诟潞蟮暮蜻x節(jié)點(diǎn)集合，本文對(duì)候選節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)概率進(jìn)行分析。
2.2 轉(zhuǎn)發(fā)概率
對(duì)于一個(gè)特定的目的節(jié)點(diǎn)并不是所有的候選節(jié)點(diǎn)（指的是經(jīng)過避免環(huán)路處理后的候選節(jié)點(diǎn)）都有機(jī)會(huì)成為最終的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，因?yàn)橛行┖蜻x節(jié)點(diǎn)會(huì)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到代價(jià)較高的路徑上。如果只有很少的候選節(jié)點(diǎn)有機(jī)會(huì)成為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，機(jī)會(huì)路由高容錯(cuò)與負(fù)載均衡的特點(diǎn)就沒有體現(xiàn)出來。因此，需要很好地權(quán)衡哪些候選節(jié)點(diǎn)有機(jī)會(huì)成為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)并為它們分配轉(zhuǎn)發(fā)概率。本文使用因子α（0≤α≤1）表示轉(zhuǎn)發(fā)概率非零的候選節(jié)點(diǎn)占總的候選節(jié)點(diǎn)的比重： α=1表明每個(gè)候選節(jié)點(diǎn)均有非零的轉(zhuǎn)發(fā)概率，都有機(jī)會(huì)成為最終的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，這種情況下負(fù)載均衡的性能是最好的；當(dāng)α≤1/NS（NS為發(fā)送節(jié)點(diǎn)S候選節(jié)點(diǎn)的數(shù)目）時(shí)，機(jī)會(huì)路由退化成確定性路由，即確定的選擇端到端代價(jià)最小的候選節(jié)點(diǎn)作為最終的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，此時(shí)負(fù)載均衡的性能很差。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況設(shè)置合適的α可以同時(shí)獲得較低的端到端代價(jià)與較好的負(fù)載均衡的性能。
選擇端到端代價(jià)最小的αNS個(gè)候選節(jié)點(diǎn)獲得非零的轉(zhuǎn)發(fā)概率，這些候選節(jié)點(diǎn)表示為i1，i2，…，iαNS。對(duì)于目的節(jié)點(diǎn)G，每個(gè)候選節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)概率為：
其中分子D-1SikG為ik被選為中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的端到端代價(jià)的倒數(shù)，分母為所有候選節(jié)點(diǎn)端到端代價(jià)倒數(shù)之和。用這個(gè)比值作為轉(zhuǎn)發(fā)概率的物理意義是端到端代價(jià)越小的候選節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著較大的轉(zhuǎn)發(fā)概率。
2.3 遠(yuǎn)處代價(jià)的維護(hù)
發(fā)送節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)處代價(jià)的獲得依賴于候選節(jié)點(diǎn)的端到端代價(jià)，當(dāng)候選節(jié)點(diǎn)的端到端代價(jià)發(fā)生變化時(shí)，需要對(duì)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)處代價(jià)以及端到端代價(jià)進(jìn)行調(diào)整。遠(yuǎn)處代價(jià)的作用主要是指引路由轉(zhuǎn)發(fā)的方向，又因?yàn)榫S護(hù)遠(yuǎn)處代價(jià)需要引入較大的維護(hù)代價(jià)，因此本文使用長(zhǎng)效時(shí)間內(nèi)的均值來表征遠(yuǎn)處代價(jià)的平均性能，并且設(shè)置遠(yuǎn)處代價(jià)的更新頻率遠(yuǎn)低于區(qū)域內(nèi)近處代價(jià)基于LSA的更新頻率。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的端到端代價(jià)的變化超過一定比例后，會(huì)發(fā)送更新包給本區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，所有將該節(jié)點(diǎn)作為候選節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)會(huì)更新自身的端到端代價(jià)。以節(jié)點(diǎn)i為例，若節(jié)點(diǎn)i之前的端到端代價(jià)為Di，old，接收到某個(gè)候選節(jié)點(diǎn)代價(jià)變化信息進(jìn)行更新后的代價(jià)為Di，new，為了體現(xiàn)端到端代價(jià)長(zhǎng)效時(shí)間范圍內(nèi)的平均性能，本文將節(jié)點(diǎn)i的端到端代價(jià)設(shè)置為：
其中β（0≤β≤1）為更新后代價(jià)占的權(quán)重。
使用遠(yuǎn)處代價(jià)指引大致的轉(zhuǎn)發(fā)方向，并在路由推進(jìn)的過程中，每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)都在本區(qū)域內(nèi)使用精確的代價(jià)選擇最優(yōu)的路徑可以使得本文提出的路由協(xié)議在引入可接受的維護(hù)代價(jià)的情況下獲得較低的端到端代價(jià)。
2.4 算法描述
提出的電力通信網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載均衡的路由算法描述如下：
1）為每個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建初始的候選節(jié)點(diǎn)集合。
①將以該節(jié)點(diǎn)為中心的h跳拓?fù)渥鳛楸镜貐^(qū)域；
②選出本地區(qū)域的出口節(jié)點(diǎn)作為初始的候選節(jié)點(diǎn)集合。
2）確定源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的端到端代價(jià)。
①基于源節(jié)點(diǎn)的本地區(qū)域LSDB計(jì)算精確的近處代價(jià)；
②對(duì)每個(gè)候選節(jié)點(diǎn)端到端代價(jià)按照轉(zhuǎn)發(fā)概率加權(quán)平均獲得遠(yuǎn)處代價(jià)；
③候選節(jié)點(diǎn)端到端代價(jià)發(fā)生變化時(shí)對(duì)遠(yuǎn)處代價(jià)與該節(jié)點(diǎn)端到端代價(jià)進(jìn)行更新。
3）源節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，依據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)概率選擇一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。
①基于最短路徑樹將數(shù)據(jù)包發(fā)送到轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；
②將轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的轉(zhuǎn)發(fā)。
3 算法的優(yōu)化
2.4節(jié)提出的算法需要每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)到達(dá)所有節(jié)點(diǎn)的端到端代價(jià)，將會(huì)造成大量的存儲(chǔ)代價(jià)與維護(hù)代價(jià)。
本文采用類似車載網(wǎng)絡(luò)中以街道為中心的兩級(jí)路由的方案來解決上述問題。在車載網(wǎng)絡(luò)中，用街道代替車輛作為路由轉(zhuǎn)發(fā)的單位是一種有效減少因?yàn)樾枰鎯?chǔ)或維護(hù)大量目的節(jié)點(diǎn)的信息而產(chǎn)生的代價(jià)的有效方案。在路由決策時(shí)只需首先關(guān)心目標(biāo)節(jié)點(diǎn)所在的街道以及轉(zhuǎn)發(fā)路徑上的街道序列，稱之為街道間轉(zhuǎn)發(fā)；在街道內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)可以根據(jù)車輛在街道內(nèi)的位置確定合適的轉(zhuǎn)發(fā)車輛序列，稱之為街道內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)。類似地，本文采用以區(qū)域?yàn)橹行牡膬杉?jí)路由的方案，首先將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)所在區(qū)域，然后再將數(shù)據(jù)包送到區(qū)域內(nèi)所在的特定目的節(jié)點(diǎn)。使用這種策略，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需維護(hù)到達(dá)特定區(qū)域中心的端到端代價(jià)，大幅減少了存儲(chǔ)與維護(hù)的代價(jià)。
與車載網(wǎng)絡(luò)不同的是，街道是自然存在的，而電力網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)域需要對(duì)全網(wǎng)拓?fù)溥M(jìn)行劃分。由于對(duì)全網(wǎng)拓?fù)涞牟僮鞔鷥r(jià)很高，于是使用最簡(jiǎn)單的基于地理位置的全網(wǎng)拓?fù)涞膭澐郑谔囟ǖ乩砦恢梅秶鷥?nèi)的節(jié)點(diǎn)被劃分在同一個(gè)區(qū)域。可以在網(wǎng)絡(luò)的初始化配置階段完成這一步驟。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在獲得其他節(jié)點(diǎn)地理位置信息后判斷該節(jié)點(diǎn)屬于哪個(gè)區(qū)域，然后選取最靠近該區(qū)域中心的節(jié)點(diǎn)作為該區(qū)域的代表，維護(hù)到達(dá)該代表節(jié)點(diǎn)的端到端代價(jià)與候選節(jié)點(diǎn)集合。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)包需要轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，首先根據(jù)其地理位置信息判斷屬于哪個(gè)全局區(qū)域，然后以該全局區(qū)域的代表節(jié)點(diǎn)為目的地進(jìn)行機(jī)會(huì)路由轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)數(shù)據(jù)包被轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)入目的節(jié)點(diǎn)所在的全局區(qū)域后，就沒有必要先將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到該區(qū)域的中心節(jié)點(diǎn)了，因?yàn)槟康墓?jié)點(diǎn)與當(dāng)前的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)距離很近了，可以依據(jù)更精確的信息直接將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)。如果將全局區(qū)域的大小設(shè)置成小于以節(jié)點(diǎn)為中心的本地區(qū)域的大小，一旦發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點(diǎn)在某個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)為中心的本地區(qū)域時(shí)就直接依據(jù)最短路徑樹進(jìn)行發(fā)送。
雖說全網(wǎng)區(qū)域的劃分以及區(qū)域中心節(jié)點(diǎn)的選擇是固定的，但是并不影響網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)與負(fù)載均衡性能。這是因?yàn)槿謪^(qū)域的中心只是作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的一個(gè)方向，將數(shù)據(jù)包引導(dǎo)到目的節(jié)點(diǎn)所在的全局區(qū)域，一旦數(shù)據(jù)包進(jìn)入了目的節(jié)點(diǎn)所在的全局區(qū)域，區(qū)域中心對(duì)于路由轉(zhuǎn)發(fā)就不再產(chǎn)生影響。全局區(qū)域的中心節(jié)點(diǎn)并沒有承擔(dān)過多的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，即便其產(chǎn)生故障，對(duì)于路由的轉(zhuǎn)發(fā)也不會(huì)有嚴(yán)重的影響，進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域后完全可以根據(jù)局部精確的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息選出合適的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。
4 實(shí)驗(yàn)
4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置
本文實(shí)驗(yàn)拓?fù)洳捎檬徍须娏νㄐ艔V域網(wǎng)由67臺(tái)路由器構(gòu)成的真實(shí)網(wǎng)絡(luò)。本文分別在網(wǎng)絡(luò)中部署傳統(tǒng)的OSPF協(xié)議，負(fù)載均衡優(yōu)先的LBA-OSPF協(xié)議[10]以及本文提出的負(fù)載均衡的機(jī)會(huì)路由協(xié)議（Load Balanced Opportunistic Routing，LBOR）。在單條流與多條流的場(chǎng)景下通過增大數(shù)據(jù)包發(fā)送速率分別評(píng)測(cè)兩種路由協(xié)議的負(fù)載均衡性能與端到端時(shí)延性能。其中，數(shù)據(jù)包的大小為2000b，鏈路的帶寬為10Mb/s，數(shù)據(jù)包的發(fā)送速率從每秒1000個(gè)數(shù)據(jù)包依次增加到每秒5000個(gè)。依據(jù)蕪湖電力廣域網(wǎng)拓?fù)涞囊?guī)模，本文使用兩跳的鄰居作為每個(gè)節(jié)點(diǎn)本地區(qū)域的大小，并依據(jù)本文算法從中選出合適的候選節(jié)點(diǎn)集合。
4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
圖3描述了當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中只存在單條流時(shí)隨著數(shù)據(jù)包發(fā)送速率的增長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的平均負(fù)載如何變化。節(jié)點(diǎn)的平均負(fù)載指的是節(jié)點(diǎn)接收并處理的數(shù)據(jù)包的總數(shù)除以進(jìn)行過數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)的總數(shù)。LBOR協(xié)議能夠顯著減少每個(gè)節(jié)點(diǎn)的平均負(fù)載。當(dāng)數(shù)據(jù)包的發(fā)送速率增大時(shí)，性能的提升更加明顯。這是因?yàn)樵贚BOR協(xié)議中，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)依據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)概率將數(shù)據(jù)包動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)發(fā)給候選節(jié)點(diǎn)集合中的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)候選節(jié)點(diǎn)均有機(jī)會(huì)成為最終的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)包將均衡地分布在多條路徑上。而在傳統(tǒng)的OSPF協(xié)議中，當(dāng)選中一條轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)后，數(shù)據(jù)包將會(huì)一直轉(zhuǎn)發(fā)給確定的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)并沿著固定的路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，造成較大的節(jié)點(diǎn)平均負(fù)載。LBA-OSPF協(xié)議同樣考慮了負(fù)載均衡，并且在只存在單條流時(shí)與LBOR有著非常接近的性能。